Voyager-rumfartøjer opdager ny type solelektronudbrud

Mere end 40 år siden de lancerede, Voyager-rumfartøjet gør stadig opdagelser.

I en ny undersøgelse, et hold fysikere ledet af University of Iowa rapporterer den første påvisning af udbrud af kosmiske stråleelektroner accelereret af stødbølger, der stammer fra store udbrud på solen. Detektionen, lavet af instrumenter ombord på både Voyager 1 og Voyager 2 rumfartøjet, opstod, da Voyagers fortsatte deres rejse udad gennem det interstellare rum, hvilket gør dem til det første fartøj, der registrerer denne unikke fysik i riget mellem stjerner.

Disse nyligt detekterede elektronudbrud er som en avanceret vagt, der accelereres langs magnetiske feltlinjer i det interstellare medium; elektronerne bevæger sig med næsten lysets hastighed, omkring 670 gange hurtigere end de chokbølger, der oprindeligt drev dem frem. Udbruddene blev efterfulgt af plasmabølgeoscillationer forårsaget af lavere energielektroner, der ankom til Voyagers' instrumenter dage senere - og endelig, i nogle tilfælde, selve chokbølgen så lang som en måned efter det.

Chokbølgerne udgik fra koronale masseudstødninger, uddrivelser af varm gas og energi, der bevæger sig udad fra solen med omkring en million miles i timen. Selv ved de hastigheder, det tager mere end et år for chokbølgerne at nå Voyager-rumfartøjet, som har rejst længere fra solen (mere end 14 milliarder miles og tæller) end nogen menneskeskabt genstand.

"Det, vi specifikt ser her, er en bestemt mekanisme, hvorved chokbølgen først kommer i kontakt med de interstellare magnetfeltlinjer, der passerer gennem rumfartøjet, det reflekterer og accelererer nogle af de kosmiske stråleelektroner, " siger Don Gurnett, professor emeritus i fysik og astronomi i Iowa og undersøgelsens tilsvarende forfatter. "Vi har identificeret gennem de kosmiske stråleinstrumenter, at disse er elektroner, der blev reflekteret og accelereret af interstellare stød, der forplantede sig udad fra energiske solbegivenheder ved solen. Det er en ny mekanisme."

Opdagelsen kan hjælpe fysikere med bedre at forstå den dynamik, der ligger til grund for chokbølger og kosmisk stråling, der kommer fra flare stjerner (som kortvarigt kan variere i lysstyrke på grund af voldsom aktivitet på deres overflade) og eksploderende stjerner. Fysikken i sådanne fænomener ville være vigtig at overveje, når man sender astronauter på længerevarende måne- eller marsudflugter, for eksempel, hvor de ville blive udsat for koncentrationer af kosmiske stråler, der langt overstiger, hvad vi oplever på Jorden.

Fysikerne mener, at disse elektroner i det interstellare medium reflekteres fra et forstærket magnetfelt ved kanten af ​​chokbølgen og efterfølgende accelereres af chokbølgens bevægelse. De reflekterede elektroner spiraler derefter langs interstellare magnetfeltlinjer, tager fart i takt med at afstanden mellem dem og stødet øges.

I et papir fra 2014 i tidsskriftet Astrophysical Letters, fysikerne J.R. Jokipii og Jozsef Kota beskrev teoretisk, hvordan ioner reflekteret fra stødbølger kunne accelereres langs interstellare magnetfeltlinjer. Den aktuelle undersøgelse ser på udbrud af elektroner detekteret af Voyager-rumfartøjet, der menes at blive accelereret af en lignende proces.

"Ideen om, at chokbølger accelererer partikler, er ikke ny, " siger Gurnett. "Det hele har at gøre med, hvordan det fungerer, mekanismen. Og det faktum, at vi opdagede det i en ny verden, det interstellare medium, hvilket er meget anderledes end i solvinden, hvor lignende processer er blevet observeret. Ingen har set det med en interstellar chokbølge, i et helt nyt uberørt medie."

Resultaterne blev offentliggjort online i Astronomisk Tidsskrift , i et papir med titlen "A Foreshock Model for Interstellar Shocks of Solar Origin:Voyager 1 and 2 Observations."