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Dissertação

Collisionless shocks in mini magnetospheres in the laboratory and in astrophysics EVALUATED

Detalhes: Apenas recursos computacionais recentemente disponíveis permitem uma abordagem ab initio a problemas como a formação de magnetosferas com escalas na ordem das escalas cinéticas do plasma. Uma vez que estes sistemas são intrinsecamente cinéticos, simulá-los implica resolver as mais curtas (rápidas) escalas espaciais (temporais) do plasma. Neste trabalho, recorremos a simulações particle-in-cell (PIC) massivamente paralelas e multidimensionais para modelar a interacção entre um escoamento de plasma e um obstáculo miniatura, com o objectivo de determinar as condições para a formação de um choque não-colisional. Começamos por rever alguns resultados de teorias de fluido unidimensionais de um plasma e ilustrar estes resultados com simulações 1D PIC. Depois usamos estes resultados para interpretar simulações 2D e 3D de um plasma a colidir com um obstáculo magnético finito, de pequena escala. Usando estas simulações, determinamos que um choque se forma nesta interacção quando o rácio entre o tamanho efectivo do obstáculo e o raio de Larmor dos iões é maior que a unidade. Adicionalmente, identificamos uma dependência forte do tamanho efectivo do obstáculo na orientação relativa entre os campos magnéticos do obstáculo e do plasma. Em particular, mostramos que a inflação/deflação observada é crítica para determinar a formação de um choque em obstáculos miniatura. Apresentamos um modelo analítico que captura estas características e que mostra boa concordância qualitativa com resultados de simulações 1D/2D. As primeiras simulações 3D PIC de choques em mini magnetosferas são apresentadas. Finalmente, avaliamos a possibilidade de gerar choques não-colisionais no laboratório.
Keywords: mini magnetosferas, simulações PIC, física do espaço, astrofísica no laboratório

Discussão: outubro 23, 2015, 10:0