Gaswolk op de zon nagebootst met de Vlaamse supercomputer (video)

De corona – de buitenste atmosfeer – van de zon herbergt nog verschillende mysteries voor wetenschappers en filamenten zijn daar eentje van, legt professor Rony Keppens van het Leuvense Centrum voor Plasma-Astrofysica uit. "De corona van de zon bestaat uit plasma – geladen deeltjes. Hier en daar zitten daar verdichtingen in: gebieden die koeler en zwaarder zijn. Je kan die draderige en iets donkerder structuren waarnemen: als we ze zien aan de rand, noemen we dat protuberansen. Zien we zo’n structuur op de zonneschijf, dan heet het een filament."

Filamenten kunnen tienduizenden kilometers omvatten en wel honderd tot duizend miljoen ton zwaar zijn. De explosieve types zijn een kort leven beschoren, van een paar minuten lang. "Maar er zijn ook rustige filamenten die maandenlang te zien zijn. En dat is tegen de verwachtingen in: omdat filamenten bestaan uit zwaardere materie, zou je verwachten dat ze door de zwaartekracht van de zon naar beneden vallen en weer vermengen met het plasma van het zonsoppervlak. Maar dat gebeurt niet: magnetische velden leveren opwaartse krachten die maken dat die filamenten kunnen blijven bestaan. Met de vele waarnemingen van filamenten kan men hun ingewikkelde levenscyclus nog niet helemaal verklaren."

Filament in 3D

Om dat probleem op te lossen, bouwden de Leuvense plasma-astrofysici een virtueel model van een filament: "Je moet het zien als een set wiskundige vergelijkingen, waarin we rekening houden met de wetten van de fysica en met realistische schattingen van de eigenschappen van een filament, zoals zijn massa, afmeting en temperatuur. Zo verkrijgen we dan een 3D-simulatie: je kan zien wat er gedurende 15 minuten binnenin een filament van 30 miljoen meter breed, hoog en diep gebeurt."

Het is voor de eerste keer dat men een filament op zo’n grote schaal nabootst en dat vergde heel wat rekenwerk: "We hebben gebruik gemaakt van de faciliteiten van het Vlaams Supercomputer Centrum. Het gaat dan wel om enkele weken tot één maand brute rekenkracht per model."

Kokend potje

De resultaten laten zien dat een ‘rustig’ filament niet zo rustig is als het lijkt: "Het lijkt meer op een kokend potje met neer- en opwaartse stromen. In de corona van de zon is het veel heter dan op het oppervlak van de zon zelf. We zien in de simulatie dat koeler materiaal van lagere regionen uit de zonneatmosfeer steeds naar boven wordt geduwd en in het filament wordt opgewarmd: doordat er steeds nieuw, koel materiaal naar boven komt, kan het kookproces maanden aan de gang blijven."

Het grote voordeel van het Leuvense 3D-model is dat het een zeer hoge resolutie oplevert, vervolgt Keppens: "Dit geeft ons scherpere beelden dan echte satellietwaarnemingen van filamenten. Door deze simulaties te vergelijken met waarnemingen, kunnen wetenschappers nu verder de geheimen van die ‘rustige’ filamenten ontsluieren."

Ilse Frederickx, KU Leuven

Een 3D-simulatie van wat in een rustig filament gebeurt binnen een tijdspanne van 15 minuten: een ‘rustig’ filament lijkt op een kokend potje met neer- en opwaartse stromen. Koeler materiaal (in het grijs) wordt steeds naar boven geduwd en opgewarmd (in het oranjegeel), zodat het kookproces maanden aan de gang kan blijven. In de rechterbalk worden individuele plasmadeeltjes als rood-groene puntjes weergegeven: zij illustreren het kookproces. (© KU Leuven/Centre for mathematical Plasma Astrophysics)

De volledige tekst van de studie "Solar Prominences: ‘Double, Double… Boil and Bubble" door auteurs R. Keppens, C. Xia, and O. Porth verscheen in The Astrophysical Journal Letters.