Campo magnetico toroidale

Campo toroidale del cuore

Contesto. L’asterosismologia ha rivelato piccoli contrasti di rotazione tra nucleo e superficie nelle stelle dell’intero diagramma di Hertzsprung-Russell. Questa è la firma di un forte trasporto di momento angolare (AM) negli interni stellari. Uno dei candidati plausibili per trasportare in modo efficiente l’AM sono i campi magnetici con varie topologie che potrebbero essere presenti nelle zone radiative stellari. Tra questi, i campi magnetici azimutali assialsimmetrici (toroidali) sono stati oggetto di grande interesse. Infatti, se sono soggetti alla cosiddetta instabilità di Tayler, le sollecitazioni di Maxwell che li accompagnano possono trasportare in modo efficiente l’AM. Inoltre, la forza elettromotrice indotta dalle fluttuazioni dei campi magnetici e di velocità potrebbe potenzialmente sostenere un’azione dinamo che porta alla rigenerazione del forte campo magnetico azimutale asimmetrico iniziale.

Obiettivi. La domanda chiave a cui vogliamo rispondere è se possiamo rilevare le firme di questi forti campi magnetici azimutali profondi. L’unico modo per rispondere a questa domanda è l’asterosismologia e i migliori laboratori di studio sono le stelle di massa intermedia e massiccia con involucri radiativi esterni. La maggior parte di queste sono rotatori rapidi durante la loro sequenza principale. Pertanto, dobbiamo studiare le pulsazioni stellari che si propagano in zone radiative stabilmente stratificate, in rotazione e potenzialmente fortemente magnetizzate, ovvero le onde magneto-gravito-inerziali (MGI).

All’interno del toroide, in quale direzione punta il campo magnetico?

Utilizzando come input i flussi di plasma solare (vedi La dinamo solare: i flussi di plasma), le equazioni della magnetoidrodinamica e “seminando” i calcoli con un piccolo campo magnetico iniziale, si può calcolare come un campo magnetico possa crescere e mantenersi. In questa visione del meccanismo della dinamo solare, esaminiamo l’evoluzione del campo magnetico toroidale, l’intensità del campo rappresentata dai colori della sezione trasversale di destra, e il campo potenziale magnetico poloidale, rappresentato dai colori della sezione trasversale di sinistra. Il potenziale magnetico poloidale è una quantità scalare che contiene informazioni sui vettori campo magnetico radiale e latitudinale. Per vedere il campo magnetico radiale, vedere La dinamo solare: In questa visualizzazione, le linee di campo magnetico (rappresentate dalle strutture a “filo di rame”) sono “istantanee” della struttura del campo costruita a ogni passo temporale del modello. Queste linee di campo non devono essere considerate come “in movimento” o “in allungamento” mentre il modello si evolve nel tempo. Anche questo modello semplificato riproduce una serie di caratteristiche osservate nel campo magnetico solare reale. Poiché questo modello è assialsimmetrico, non può simulare caratteristiche non assialsimmetriche come le longitudini attive.

Applicare la legge di Ampere per stimare il campo magnetico di un toroide.

Due dei dispositivi elettromagnetici più comuni e utili sono chiamati solenoidi e toroidi. In una forma o nell’altra, fanno parte di numerosi strumenti, grandi e piccoli. In questa sezione esaminiamo il campo magnetico tipico di questi dispositivi.

Un lungo filo avvolto a forma di bobina elicoidale è noto come solenoide. I solenoidi sono comunemente utilizzati nelle ricerche sperimentali che richiedono campi magnetici. Un solenoide è generalmente facile da avvolgere e, in prossimità del suo centro, il suo campo magnetico è abbastanza uniforme e direttamente proporzionale alla corrente nel filo.

La Figura 9.6.1 mostra un solenoide costituito da spire di filo avvolte strettamente su una lunghezza. Lungo il filo del solenoide scorre una corrente. Il numero di spire per unità di lunghezza è ; quindi, il numero di spire in una lunghezza infinitesimale è di spire. Questo produce una corrente

Calcoliamo innanzitutto il campo magnetico nel punto della Figura 9.6.1. Questo punto si trova sull’asse centrale del solenoide. Questo punto si trova sull’asse centrale del solenoide. In pratica, tagliamo il solenoide in fette sottili dello spessore di dy e trattiamo ciascuna di esse come un anello di corrente. Quindi, è la corrente che attraversa ogni fetta. Il campo magnetico dovuto alla corrente in può essere trovato con l’aiuto dell’equazione 9.4.3 e dell’equazione 9.6.1:

Forma toroidale

Dati estesi Fig. 2 Risultati per il modello E con uguale energia iniziale in campi magnetici toroidali e poloidali.Pannello A: mappe di temperatura superficiale, Ts, ottenute in simulazioni magnetotermiche 3D. Mostriamo NS con campo magnetico iniziale dipolare poloidale B0 = 1 × 1014 G all’età di 10 kyr. Pannelli B, C, D: le curve di luce dei raggi X molli attese per questa mappa termica a 10 kyr. Il pannello B mostra k = 30∘, il pannello C mostra k = 60∘ e il pannello D mostra k = 90∘. Le linee nere tratteggiate corrispondono a i = 30∘, quelle blu solide a i = 60∘ e quelle rosse tratteggiate a i = 90∘.

Dati estesi Fig. 3 Le curve di luce dei raggi X molli previste per i modelli senza campo magnetico toroidale iniziale. I pannelli A, B, C sono per il modello C, i pannelli D,E,F sono per il modello D. I pannelli A e D mostrano k = 30∘, i pannelli B ed E mostrano k = 60∘ e i pannelli C e F mostrano k = 90∘. Le linee nere tratteggiate corrispondono a i = 30∘, quelle blu solide a i = 60∘ e quelle rosse tratteggiate a i = 90∘.

Dati estesi Fig. 4 Set di dati analizzati. Le modalità dello strumento sono le seguenti: CC è la modalità Continuous Clocking (risoluzione temporale di 2,85 msec), TE è l’esposizione temporizzata (risoluzione temporale di 3,2 sec), PN ha una risoluzione temporale di 73,4 msec in modalità full frame e MOS ha una risoluzione temporale di 2,6 sec in modalità full frame.Dati estesi Fig. 5 Curva di luce di raggi X morbidi piegata (300-2000 eV) per i magnetar.Pannello A: PSR J1119-6127, pannello B CXOU J164710.0-455216. Le linee blu tratteggiate mostrano le osservazioni, mentre la curva di luce teorica per l’orientamento più favorevole è mostrata con linee solide nere. Le barre di errore rosse sono intervalli di confidenza di 1σ.