¿Qué son los Plasmas Astrofísicos?

Las características de los plasmas astrofísicos (su densidad, su temperatura y su campo magnético) cubren un amplio rango de valores en el Universo. La densidad puede ser de menos de una partícula por centímetro cúbico (como en el medio intergaláctico) hasta muchos billones de billones de partículas por centímetro cúbico como (en el interior de las estrellas). La temperatura va desde algunos miles o decenas de miles de grados en los espacios intergaláctico e interestelar hasta varios millones en el interior de las estrellas. Y los valores del campo magnético también cambian muy drásticamente, desde valores de millonésimas de Gauss en el plasma intergaláctico hasta cientos de miles de Gauss en algunas estrellas. En astrofísica, pues, es fundamental la investigación de los plasmas magnetizados.

Nube de plasma intergaláctico de unos 4 millones de años luz de extensión.

Propósito

Introducir al alumno en los fenómenos básicos que ocurren en un plasma y suministrarle las
herramientas fundamentales para su estudio. Aplicación de la teoría a plasmas astrofisicos o plasmas de
fusion. Se prestará especial atención al estudio de los fenómenos relacionados con la dinámica y evolución de
los campos magnéticos y a los diferentes tipos de ondas presentes en los plasmas.

Conocimientos necesarios:
Electricidad y magnetismo.

Programa

1. INTRODUCCIÓN A LOS PLASMAS. Los 4 criterios. Fenómenos básicos. Plasmas en la naturaleza y
el laboratorio.
2. DINÁMICA DE UNA PARTÍCULA CARGADA. Campo electromagnético estático y uniforme. Campos
magnetostáticos no uniformes. Resonancia ciclotrón.
3. ECUACIONES DE TRANSPORTE MACROSCOPICAS. Ecuación de transporte generalizada.
Ecuaciones de conservación. Modelos de Plasma frio y caliente
4. FENÓMENOS BÁSICOS EN UN PLASMA. Oscilaciones electrónicas. Apantallamiento Debye y
envoltura de un plasma.
5. CONDUCTIVIDAD Y DIFUSIÓN. Conductividad en corriente continua y alterna. Difusión libre y
ambipolar
6. EL PLASMA COMO FLUIDO CONDUCTOR. Ecuaciones de conservación. Ecuaciones
magnetohidrodinámicas. Ecuaciones simplificadas de la MHD
7. MAGNETOHIDRODINÁMICA. Ecuación de inducción. Congelamiento del campo magnético. Difusión
del campo magnético
8. ESTABILIDAD Y ONDAS EN PLASMAS. Inestabilidades. Ondas MHD. Ondas en plasmas fríos y
calientes.
9. PRÁCTICA NUMÉRICA ELEMENTAL DE FÍSICA DEL PLASMA. Realización de un ejercicio que
requiera el uso de medios numéricos sencillos con paquetes standard (idl, matlab, Mathematica).

Bibliografía

> “Fundamental of Plasma Physics”, J.A. Bittencourt. 1986. Pergamon Press
> “Plasma Dynamics”, Boyd T.J.M. Y Sanderson J.J., 2003, Cambridge Univ Press.
> “Introduction to Plasma Physics” Chen F.F. (1974) Plenum Press
> “Magnetohydrodynamics” Cowling T.G. (1976) Adam Hilger Ltd.
> “Solar Magnetohydrodynamics” Priest, E.R. (1982) Reidel Pub. Company
> “Principles of Magnetohydrodynamics with applications to laboratory and astrophysical plasmas”,
J.P.Hans Goedbloed, S. Poedts, Cambridge Univ Press, 2004