Ученые разгадали тайну экстремального ускорения электронов в космосе
В своем исследовании команда ученых из университетов Нортумбрии и Джонса Хопкинса воспользовалась данными миссий NASA, которые позволили специалистам создать новую модель ускорения электронов в условиях действия бесстолкновительных ударных волн.
Вот уже много лет астрофизиков занимает вопрос: как именно электроны в космосе достигают присущих им экстремально высоких скоростей? Главным механизмом считается диффузионное ускорение, предложенное Энрико Ферми. Однако для работы диффузионного ускорения электроны должны сначала достичь определенного порога энергии, и этот процесс, до сих пор оставался загадкой для специалистов, которые даже дали этой загадке собственное название — «проблема инжекции».
Ученые проводили наблюдения за тем, как солнечный ветер вступает во взаимодействие с магнитосферой Земли и ее ударной волной, и 17 декабря 2017 года зафиксировали, как электроны в предударной зоне Земли достигли энергий более 500 кэВ. Как правило, в этой области электроны имеют энергию не превышающую 1 кэВ, и достижение энергии в сотни раз превышающей обычный уровень делает результаты особенно поразительными.
Исследователи пришли к выводу, что столь высокая энергия была достигнута за счет взаимодействия сразу нескольких факторов: воздействия волн плазмы, структуры предударной зоны и влияния самой ударной волны Земли. Такие механизмы действуют сообща, позволяя ускорить частицы от низкоэнергетического состояния до ультравысоких скоростей.
Новая модель описывает взаимодействие процессов на разных уровнях, от микроскопических, то есть, взаимодействия волн и частиц, до макроскопических, включая воздействие солнечного ветра. Этот подход позволил исследователям показать, как комплексное взаимодействие множества факторов ведет к достижению существенного ускорения электронов.
«Основная часть исследований сосредоточена на малых эффектах или крупных процессах, например, действии солнечного ветра. Однако мы показали, что их комбинация дает уникальное представление о том, как ускоряются частицы в космосе», — отметил автор исследования Савас Раптис.
Его коллега Ахмад Лальти добавил: «Наше исследование использует околоземную плазму в качестве природной лаборатории, в которой происходит изучение фундаментальных процессов, происходящих во всей Вселенной. Обнаруженные нами механизмы позволяют объяснить явления ускорения частиц, например, в остатках сверхновых, активных ядрах галактик или звездных системах».
Эти результаты не только углубляют понимание космических процессов, но и открывают новые перспективы для изучения астрофизических явлений, включая генерацию космических лучей и фундаментальные законы природы.
Ранее ученые раскрыли невероятный путь углерода во Вселенной.
