Interaction of waves and particles with inhomogeneous structures in heliospheric plasmas

Abstract

In questo lavoro vengono affrontati alcuni problemi ancora non risolti che riguardano la fisica dell’eliosfera. Nell’introduzione vengono esposti i risultati finora raggiunti nella ricerca in questo campo e presentate le tematiche, ancora oggetto di dibattito scientifico, che vengono affrontate nel lavoro. Il primo capitolo riguarda la messa a punto di un codice numerico per la risoluzione delle equazioni della magnetoidrodinamica (MHD) in configurazione 2.5 dimensionale; in particolare, sono state implementate delle condizioni al contorno che simulano l’ingresso di onde mediante moti trasversali, oppure bordi aperti, in entrambi i casi utilizzando un metodo basato sulle caratteristiche proiettate. Tale codice `e stato usato per modellizzare l’interazione tra onde e strutture di equilibrio disomogenee alla base dei “buchi coronali”, ossia quelle regioni dell’atmosfera solare da cui si origina il vento solare. Il modello ha mostrato la formazione precoce di uno spettro, con formazione di piccole scale localizzate lungo le separatrici magnetiche oppure in vicinanza dei punti neutri ad X, ove ha luogo un fenomeno di riconnessione magnetica alternata. Il secondo capitolo `e dedicato allo studio della generazione di Kinetic Alfv´en Waves a seguito della propagazione di onde di Alfv´en in mezzi disomogenei. Tale lavoro `e stato svolto sia tramite l’impiego di simulazioni Hall-MHD, sia di simulazioni cinetiche di tipo Vlasov-ibrido; queste ultime hanno permesso di evidenziare la formazione di strutture non-termiche nella funzione di distribuzione degli ioni, come anisotropie di temperatura e fasci di particelle accelerate. Nel terzo capitolo viene affrontato il problema della accelerazione di particelle in turbolenza. Attraverso simulazioni di tipo “test particle” viene studiato il processo di accelerazione di particelle in una turbolenza 3D ottenuta in approssimazione di MHD ridotta. I risultati prelimanari mostrano una prevalenza di accelerazione nella direzione del campo magnetico medio e una dipendenza dell’accelerazione dal numero di Reynolds del sistema fisico considerato. Il quarto capitolo rigurda il problema del trasporto di particelle in turbolenza MHD. Utilizzando un modello di turbolenza sintetica, `e stato condotto uno studio parametrico che ha evidenziato come i coefficienti di difdiffusione parallelo e perpendicolare al campo magnetico medio dipendono da parametri quali la lunghezza dello spettro, l’ampiezza delle fluttuazioni e il livello di intermittenza. I risultati ottenuti trovano applicazione a numerosi problemi riguardanti la diffusione di particelle energetiche nell’eliosfera. Infine, nelle conclusioni vengono riassunti brevemente i risultati ottenuti e presentati i possibili sviluppi delle ricerche effettuate.