Il ruolo del campo magnetico

Recentemente abbiamo analizzato l'interazione shock-nube in presenza di un campo magnetico ambientale per verificare il suo effetto sulla dinamica ed, in particolare, nell'inibire la conduzione termica in direzione normale alle linee di campo e nel favorire le instabilità termiche attraverso il confinamento di porzioni della nube (Orlando et al. 2008, ApJ 678, 274). A tal fine abbiamo condotto un programma di simulazioni MHD bidimensionali presso il CINECA e presso l'infrastruttura GRID del consorzio COMETA. Il nostro studio è focalizzato sul caso rappresentativo di uno shock con Mach 50 che investe una nube 10 volte più densa del mezzo circostante, per il quale la conduzione termica è il processo fisico dominante in assenza di campo magnetico. Per questo caso abbiamo considerato differenti configurazioni iniziali del campo magnetico ambientale e differenti valori del $\beta$ (cioè del rapporto tra pressione del plasma e pressione magnetica) del plasma. In Fig. presentiamo, come esempio, la distribuzione spaziale di densità di massa nel caso di campo magnetico inizialmente uniforme e con $\beta=4$; la figura mostra l'evoluzione del sistema nei casi in cui il campo magnetico è orientato lungo l'asse X (pannelli in alto) oppure lungo l'asse Y (pannelli al centro), oppure lungo l'asse Z (pannelli in basso).

Figure: Distribuzione di densità di massa, in scala logaritmica, nel modello di interazione shock-nube, in assenza di conduzione termica e perdite radiative (semi-pannelli a sinistra) ed in presenza di conduzione termica e perdite radiative (semi-pannelli a destra) a tre diversi tempi durante l'evoluzione (Orlando et al. 2008, ApJ 678, 274). Il campo magnetico è inizialmente uniforme con $\beta=4$ ed orientato lungo l'asse X (pannelli in alto), o lungo l'asse Y (pannelli al centro), o lungo l'asse Z (pannelli in basso). Nei primi due casi i pannelli riportano le linee di campo magnetico, nell'ultimo caso i pannelli riportano i contorni di $\log (B^2/8\pi)$.

Il nostro studio ha mostrato che, in presenza di un campo magnetico ambiente, la conduzione termica è fortemente anisotropa e la sua efficienza viene, in generale, ridotta rispetto al caso non magnetizzato. Il fattore di riduzione dipende in modo critico dall'orientazione iniziale del campo magnetico ed è minimo quando il campo magnetico è inizialmente allineato con la direzione di propagazione dello shock. La conduzione termica anisotropa contribuisce a limitare la formazione di instabilità idrodinamiche che si formerebbero al bordo della nube, riducendo il mescolamento del materiale della nube con il mezzo circostante e preservando la nube dalla completa frammentazione. Dipendendo dalla configurazione iniziale del campo magnetico, la conduzione termica può determinare un significativo scambio di energia tra la nube ed il mezzo circostante più caldo che può portare al progressivo riscaldamento ed evaporazione della nube. Questo riscaldamento aggiuntivo può contrastare il raffreddamento radiativo di alcune parte della nube, prevenendo la formazione di instabilità termiche.