Observaciones directas de la transferencia de energía a través de diferentes escalas impulsada por interacciones entre múltiples iones en plasmas espaciales

Los plasmas astrofísicos y espaciales son inherentemente multi-escala en naturaleza. Identificar los mecanismos responsables del transporte de energía a través de diferentes escalas físicas es un paso esencial en el modelado de la dinámica de estos plasmas y sus sistemas astrofísicos y espaciales asociados. Tradicionalmente, estos mecanismos se examinan dentro de un marco de electrones y un solo ion, incluso en presencia de múltiples especies iónicas. Esta simplificación se justifica por la dominancia de una única especie iónica en la mayoría de las observaciones. En este trabajo, presentamos mediciones de la misión Magnetospheric Multiscale en la magnetosfera de la Tierra que desafían este paradigma. El análisis de los datos revela que los iones de hidrógeno y helio, que comúnmente coexisten, se comportan de manera diferente en ondas a escala iónica, con iones de hidrógeno respondiendo más como electrones y iones de helio comportándose más como iones. Estas respuestas diferenciales inducen entonces interacciones entre las dos especies iónicas, excitando ondas electrostáticas de híbrido inferior y, en consecuencia, impulsando la cascada de energía desde la escala iónica hacia la escala de híbrido inferior. Este proceso sigue siendo eficiente incluso cuando los iones de helio están presentes en cantidades muy menores. Por lo tanto, nuestras observaciones proporcionan evidencia experimental directa de los procesos de transferencia de energía a través de diferentes escalas en plasmas mediante interacciones entre múltiples iones.