DINÂMICA NÃO-LINEAR DE PLASMAS ASTROFÍSICOS
DINÂMICA NÃO-LINEAR DE PLASMAS ASTROFÍSICOS
ESTRUTURAS COERENTES
Introdução
Os fluidos turbulentos presentes na natureza e/ou obtidos por meio de simulações numéricas apresentam estruturas organizadas/coerentes. Essas estruturas definem a topologia do fluido, indicando regiões para onde o fluido converge/diverge, áreas que aprisionam os elementos do fluido e até mesmo regiões onde esses elementos sofrem considerável cisalhamento. As Estruturas coerentes lagrangianas (ECL) são assim denominadas devido ao fato de serem definidas a partir do movimento do fluido e por permanecerem por consideráveis intervalos de tempo. Devido à natureza lagrangiana, as ECL se comportam como uma separatriz no fluido, sendo um contorno entre regiões de movimentos diferentes. As ECL podem ser definidas como superfícies materiais notáveis em um sistema dinâmico. Isto é, são superfícies que influenciam de forma predominante as trajetórias vizinhas em um dado intervalo de tempo. A teoria local das ECL é baseada na definição de ECL como superfície material do sistema onde há maior atração/repulsão (ECL hiperbólicas), cisalhamento (ECL parabólicas) no fluido ou aprisionamento das partículas (ECL elípticas) para um dado intervalo de tempo. As ECLs para a simulação de uma turbulência bidimensional forçada estão ilustradas abaixo
Figura: ECL atratoras e repulsoras em uma simulação de turbulência forçada. As ECLs atratoras (repulsoras) estão em vermelho (verde).
Fonte: Miranda et al 2013
As ECL que atraem as trajetórias do fluido estão coloridas em vermelho e branco. Já as ECL repulsoras são apresentadas na cor verde. Portanto, ao investigar as ECL estamos estudando a dinâmica das superfícies materiais responsáveis por organizar as trajetórias dos fluidos em padrões coerentes.
Projeto
Neste projeto, propomos a investigação da turbulência no plasma espacial e no plasma solar por meio do estudo de estruturas coerentes lagrangianas cinéticas e magnéticas. Essa investigação permite identificar as regiões que agem como barreiras ou dispersão ao transporte das linhas de campo magnético no plasma turbulento da zona convectiva e da fotosfera. Assim, investigamos como essas regiões evoluem dependendo do modelo de dínamo. Além disso, estudamos a evolução dessas estruturas coerentes na fotosfera, em particular a identificação de regiões propícias a reconexão magnética e explosões solares.
Dentre os nosso trabalhos mais recentes estão o desenvolvimento de um método para detecção de vórtices na fotosfera nas regiões de Sol calmo, LAVD+d. O LAVD (Lagrangian Averaged Vorticity) foi desenvolvido por Haller (2016) para a detecção objetiva de vórtices em fluidos. A aplicação do LAVD sozinho em fluidos com muita compressão e cisalhamento não leva a resultados confiáveis. Então desenvolvemos um parâmetro d baseado no deslocamento das partículas que seleciona os vórtices verdadeiros entre os detectados pelo LAVD. Abaixo, temos a detecção de vórtices na fotosfera solar com LAVD+d
Figura: Região ao redor de um supergranulo na parte calma do Sol colorida com o deslocamento total das particulas em um intervalo de 1hora. Os círculos em vermelhos denotam as detecções por LAVD nesse intervalo e os pontos em azul são os pontos que obedecem o parametro d.
Crédito: Suzana S. A. Silva
e desenvolvimento do método IACD para detecção de tubos magnéticos retorcidos,
Principais publicações
SILVA, S. S. A.; REMPEL, E. L. ; T. F. P. GOMES ; REQUEREY, I. S. ; CHIAN, A. C.-L . Objective Lagrangian Vortex Detection in the Solar Photosphere. The Astrophysical Journal, v. 863, p. L2, 2018.
REMPEL, E. L.; CHIAN, A. C.-L. ; BERON-VERA, F. J. ; SZANYI, S. ; HALLER, G. . Objective vortex detection in an astrophysical dynamo. Royal Astronomical Society. Monthly Notices. Letters (Print), v. 466, p. L108-L112, 2017
CHIAN, A. C.-L. ; REMPEL, E. L. ; AULANIER, G. ; SCHMIEDER, B. ; SHADDEN, S. ; WELSCH, B. T. ; YEATES, A. R. . Detection of Coherent Structures in Photospheric Turbulent Flows. The Astrophysical Journal, v. 786, p. 51, 2014.
REMPEL, E. L.; CHIAN, A. C.-L. ; BRANDENBURG, A. ; MUÑOZ, P. R. ; SHADDEN, S. C. . Coherent structures and the saturation of a nonlinear dynamo. Journal of Fluid Mechanics, v. 729, p. 309-329, 2013