Stjerne-lig kaster lys over oprindelsen af ​​kosmiske stråler

Oprindelsen af ​​kosmiske stråler, højenergipartikler fra det ydre rum, der konstant påvirker Jorden, er blandt de mest udfordrende åbne spørgsmål inden for astrofysik. Nu er ny forskning offentliggjort i tidsskriftet Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society kaster nyt lys over oprindelsen af ​​disse energiske partikler.

Opdaget for mere end 100 år siden og betragtet som en potentiel sundhedsrisiko for flybesætninger og astronauter, kosmiske stråler menes at blive produceret af chokbølger - f.eks. dem, der er et resultat af supernovaeksplosioner. De mest energiske kosmiske stråler, der stryger hen over universet, bærer 10 til 100 millioner gange den energi, der genereres af partikelkolliderer såsom Large Hadron Collider ved CERN.

Krabbetågen, resten af ​​en supernovaeksplosion, der blev observeret næsten 1, 000 år siden i 1054 e.Kr. er et af de bedst undersøgte objekter i astronomiens historie og en kendt kilde til kosmiske stråler. Det udsender stråling over hele det elektromagnetiske spektrum, fra gammastråler, ultraviolet og synligt lys, til infrarøde og radiobølger. Det meste af det, vi ser, kommer fra meget energirige partikler (elektroner), og astrofysikere kan konstruere detaljerede modeller for at forsøge at reproducere den stråling, som disse partikler udsender.

Den nye undersøgelse, af Federico Fraschetti ved University of Arizona, USA, og Martin Pohl ved University of Potsdam, Tyskland, afslører, at den elektromagnetiske stråling, der strømmer fra Krabbetågen, kan opstå på en anden måde, end forskerne traditionelt har troet:Hele strålingens zoologiske have kan potentielt forenes og opstå fra en enkelt population af elektroner, en hypotese, der tidligere blev anset for umulig.

Efter den almindeligt anerkendte model, når partiklerne når en stødgrænse, de hopper frem og tilbage mange gange på grund af den magnetiske turbulens. Under denne proces får de energi - på samme måde som en tennisbold, der hoppes mellem to ketchere, der støt bevæger sig tættere på hinanden - og skubbes tættere og tættere på lysets hastighed. En sådan model følger en idé introduceret af den italienske fysiker Enrico Fermi i 1949.

"De nuværende modeller inkluderer ikke, hvad der sker, når partiklerne når deres højeste energi, sagde Federico, en stabsforsker ved University of Arizona's Departments of Planetary Sciences, Astronomi og fysik. "Kun hvis vi inkluderer en anden accelerationsproces, hvor antallet af partikler med højere energi falder hurtigere end ved lavere energi, kan vi forklare hele det elektromagnetiske spektrum, vi ser. Dette fortæller os, at mens chokbølgen er kilden til partiklernes acceleration, mekanismerne skal være anderledes."

Medforfatter Martin Pohl tilføjede:"Det nye resultat repræsenterer et vigtigt fremskridt for vores forståelse af partikelacceleration i kosmiske objekter, og hjælper med at tyde oprindelsen af ​​de energiske partikler, der findes næsten overalt i universet."

Forfatterne konkluderer, at der er behov for en bedre forståelse af, hvordan partikler accelereres i kosmiske kilder, og hvordan accelerationen fungerer, når partiklernes energi bliver meget stor. Flere NASA-missioner, inklusive ACE, STEREO og VIND, er dedikeret til at studere de lignende egenskaber ved stød forårsaget af plasmaeksplosioner på solens overflade, når de rejser til Jorden, og kan derfor tilføje vital indsigt i disse effekter i den nærmeste fremtid.