Kæmpe partikelaccelerator på himlen

Jordens magnetfelt fanger højenergipartikler. Da de første satellitter blev sendt ud i rummet, videnskabsmænd ledet af James Van Allen opdagede uventet højenergipartikelstrålingsregionerne, som senere blev opkaldt efter sin opdager:Van Allen Radiation Belts. Visualiseret, disse ligner to doughnut-formede områder, der omslutter planeten.

Nu, en ny undersøgelse ledet af forskere fra GFZ German Research Center for Geosciences viser, at elektroner i strålingsbælterne kan accelereres til meget høje hastigheder lokalt. Undersøgelsen viser, at magnetosfæren fungerer som en meget effektiv partikelaccelerator, fremskynde elektroner til såkaldte ultrarelativistiske energier. Undersøgelsen udført af Hayley Allison, en postdoc ved GFZ Potsdam, og Yuri Shprits fra GFZ og professor ved University of Potsdam, er udgivet i Naturkommunikation .

For bedre at forstå oprindelsen af ​​Van Allen bælterne, i 2012, NASA lancerede Van Allen Probes dobbeltrumfartøjet for at krydse dette mest barske miljø og udføre detaljerede målinger i denne farlige region. Målingerne omfattede et komplet udvalg af partikler, der bevægede sig med forskellige hastigheder og i forskellige retninger, og plasmabølger. Plasmabølger ligner de bølger, vi ser på vandoverfladen, men er usynlige for det blotte øje. De kan sammenlignes med krusninger i det elektriske og magnetiske felt.

Nylige observationer afslørede, at energien af ​​elektroner i bælterne kan gå op til såkaldte ultrarelativistiske energier. Disse elektroner, med temperaturer over 100 milliarder grader Fahrenheit, bevæge sig så hurtigt, at deres bevægelsesenergi er meget højere end deres hvileenergi givet af Einsteins berømte formel E=mc ² . De er så hurtige, at tiden går betydeligt langsommere for disse partikler.

Forskere var overraskede over at finde disse ultrarelativistiske elektroner og antog, at så høje energier kun kan nås ved en kombination af to processer:den indadgående transport af partikler fra de ydre områder af magnetosfæren, som accelererer dem, og en lokal acceleration af partikler af plasmabølger.

Imidlertid, den nye undersøgelse viser, at elektroner når så utrolige energier lokalt, i hjertet af bælterne, ved at tage al denne energi fra plasmabølger. Denne proces viser sig at være yderst effektiv. Den uventede opdagelse af, hvordan acceleration af partikler til ultra-relativistiske energier fungerer i det nære Jord-rum, kan hjælpe videnskabsmænd med at forstå de grundlæggende accelerationsprocesser på solen, nær ydre planeter, og selv i de fjerne hjørner af universet, hvor rumsonder ikke kan nå.