Annak megértése, hogy milyen szerepet játszanak e hullámok a szuper-nagytömegű fekete lyukak körül zajló részecskegyorsításban, magfúziós folyamatokban, illetve számos ipari alkalmazás tekintetében (például metallurgia, lézer plazmák), ma is igen izgalmas kutatási területet jelent. Ezek a mágneses plazmahullámok jelentős hatást gyakorolhatnak számos kutatási területre, beleértve például a neutrínófizikát vagy a csillagközi anyag fizikáját.
A titokzatos hullámok jelentőségét az a képességük adja, hogy tisztán mágneses természetük jóvoltából nagyon nagy távolságra tudnak energiát és információt szállítani. Korábban a napszélben és a bolygóközi térben, még a Földhöz igen közel is észleltek hasonló, a Napból eredeztethető hullámokat.
Az Alfvén-hullámok energiaszállító kapacitása a nap- és plazma-asztrofizika egyik alapkérdése, mivel a naplégkör és a csillaglégkörök extrém magas – akár néhány millió fokos – hőmérsékletre történő fűtése immár több mint egy évszázada megmagyarázatlan rejtélyt jelent.
míg végül a napkoronában, vagyis a naplégkör legkülső rétegében a hőmérséklet akár az 1-3 millió fokot is eléri.
A Nap légkörét mágneses terek járják át, melyeket „kötegekben” figyelhetünk meg. Ezeket gyakran mágneses fluxuscsövekként értelmezik. Egy homogén mágneses fluxuscsőben az Alfvén-hullámok vagy tengelyszimmetrikus, vagy pedig antiszimmetrikus torziós perturbációkként jelennek meg.
Összenyomhatatlanságuk miatt azonban az Alfvén-hullámok a Napon legnehezebben megfigyelhető hullámoknak számítanak, közvetlen detektálásuk komoly kihívást jelentett a tudósoknak. Ezek a mágneses hullámok nem „láthatók”, csupán azokat a zavarokat tudjuk mérni, amelyeket a mágneses- és sebességterek egyes speciális komponenseiben kiváltanak. E különleges tulajdonságok elrejtették előlünk az Alfvén-hullámokat a Nap felszínén, egészen mostanáig.
A csaknem fél évszázada megjósolt antiszimmetrikus torziós hullámok létezését a Nap mágneses fluxuscsöveiben most sikerült először megerősíteni, mindez a naplégkör nagy tér- és időbeli felbontású spektropolarimetriai megfigyelését lehetővé tevő IBIS műszernek köszönhető. A hullámokat a kutatók olyan hatékony mechanizmusként azonosították, amely a Nap fotoszférájából hatalmas mennyiségű energiát képes kivonni, amit aztán elszállíthat a naplégkör felsőbb rétegeibe, vagy akár továbbvihet a bolygóközi térbe is. A kutatók emellett korszerű, 3 dimenziós numerikus szimulációkat is készítettek, hogy további betekintést nyerjenek a különös mágneses hullámok keletkezésének folyamataiba.
A nemzetközi kutatócsoportot Erdélyi Róbert, az ELTE professzora, a Sheffieldi Egyetem Napfizikai és Űrplazma Kutatóközpont (SP2RC) vezetője, a Magyar Napfizikai Alapítvány kuratóriumának elnöke és Marco Stangalini, az Olasz Űrügynökség (ASI) munkatársa vezeti. A kutatásban részt vettek további 7 kutatóintézet és egyetem tudósai, akik ezáltal számos különböző és egymást kiegészítő terület szaktudását egyesítették, melyek a spektropolarimetriai adatok és a korszerű numerikus szimulációk értelmezéséhez és felhasználásához szükségesek.
„Ez egy valóban lenyűgöző és rendkívül izgalmas kutatási együttműködés volt. Az, hogy sikeresen azonosítsuk ezeknek a Világegyetemünk anyagának negyedik halmazállapotában jelenlévő, roppant különös mágneses hullámoknak a rejtélyes nyomait, igen ritka lehetőség – mondta Erdélyi Róbert. „Csapatként dolgoztunk együtt, elbűvölt, hogy milyen sokat tanulhattam pályafutásuk elején járó fiatal tudósainktól, például Korsós B. Mariannától, az ELTE Csillagászati Tanszék és az Aberystwyth-i Egyetem munkatársától, Chris Nelsontól a Sheffieldi Egyetemről vagy Callum Boococktól a londoni Queen Mary Egyetemről, akik valamennyien jelentősen hozzájárultak a kirakós darabjainak összerakásához.”
A csillagász és alkalmazott matematika professzor hozzátette: „A kutatók között éles nemzetközi verseny folyik azért, hogy torziós Alfvén-hullámokat találjunk a természetben. Ez sok vezető kutatásfinanszírozó ügynökség, köztük az ESA, a NASA, a STFC (Egyesült Királyság) és a JAXA (Japán) számára is stratégiai kutatási területnek számít, hiszen
Ha egyszer végre teljes egészében megértenénk, hogyan zajlik ez a fűtés, lemásolhatnánk a természetet és ingyenes, zöld energiához juthatnánk, hogy megmentsük a bolygót. Ha nem cselekszünk azonnal, túl késő lehet, tekintve a globális csúcstechnológiás társadalmunk és teljes technoszféránk fenntartásához szükséges energiamennyiség nagyságát.”
„A kutatás arra irányult, hogy végre közvetlen bizonyítékot találjunk a tisztán mágneses hullámok jelenlétére. Ez a csillagászatnak és a plazma-aztrofizikának egy fantasztikus területe, mely roppant gyorsan fejlődik az egyre jobb és jobb detektoroknak köszönhetően. Nagyon büszke vagyok rá, hogy fiatal kutatóként részt vehetek ebben az együttműködésben, sokat tanultam erről az izgalmas tudományterületről” – mondta Korsós Mariann.
A torziós Alfvén-hullámok közvetlen felfedezése a Nap fotoszférájában, azaz csillagunk energiatárházának felszínén, csupán az első lépés e mágneses hullámok kapacitásainak és adottságainak teljes kihasználása felé. Immár további kiváló lehetőségek is rendelkezésre állnak az Alfvén-hullámok jelentőségének kutatására. Korábban elképzelhetetlen lehetőségeket nyújt többek között a Solar Orbiter műhold, vagy a 4 méteres rekesznyílású földfelszíni Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), illetve a jövőbeli Európai Naptávcső (European Solar Telescope, EST) is.
A közelmúltban munkába állított berendezések olyan tér- és időbeli felbontást biztosítanak, melyek segítségével Napunk alapvető titkainak további részleteit deríthetjük fel. A Magyar Napfizikai Alapítvány gyulai központjának egyik stratégiai kutatási területe a napmágnesesség megértése. Hamarosan működésbe lép egy új műszerhálózat, a Solar Activity Monitor Network (SAMNet), amely segíteni fogja a mágneses tér tulajdonságainak vizsgálatát nemcsak a Nap fotoszférájában, hanem fölötte, a kromoszférában is.
Az Eötvös Loránd Tudományegyetemen az asztro- és részecskefizika területén folyó kutatásokat (köztük a fenti kutatást) a Frei Zsolt vezette Felsőoktatási Intézményi Kiválósági Program (FIKP) támogatja.
A közlemény a Nature Astronomy folyóiratban jelent meg 2021. május 10-én.
