Forskere hjælper med at løse mysteriet om, hvorfor kometer udsender røntgenstråler

Mysteriet om, hvorfor kometer, der rejser gennem rummet, afgiver røntgenstråling, er blevet løst takket være ny forskning udført af et hold, der omfattede videnskabeligt personale fra STFC's Central Laser Facility (CLF) og RAL Space.

Forskere har længe undret sig over, hvorfor kometer kan udstråle røntgenstråler, givet, at røntgenstråler normalt er forbundet med varme objekter som Solen, men kometer er blandt de koldeste objekter i solsystemet.

Når kometer rejser gennem solsystemet, interagerer de med solstrålingen, Solvinden og Solens magnetfelt. Denne interaktion frembringer en synlig atmosfære eller koma omkring kometen og den observerede komethale, og i nogle tilfælde producerer røntgenstråler. Disse røntgenstråler genereres på solsiden af ​​kometen, hvor solvinden påvirker kometatmosfæren og danner et buechok.

For at undersøge, hvordan røntgenstråler kan udsendes fra en komet, et team af forskere fra 15 forskningsinstitutter udførte eksperimenter på LULI-laseranlægget i Paris, hvor de gentog solvindens interaktion med en komet.

STFC-holdet involveret i projektet var medvirkende til at komme frem til den videnskabelige model for solvindens interaktion med kometen. Dette omfattede den teoretiske model for generering af plasmaturbulens, elektronernes acceleration ved turbulensen og røntgenstrålingen fra de accelererede elektroner. STFC-holdet støttede også et hold fra University of Oxford i numeriske simuleringer og påtog sig målfremstillingen.

CLF's professor Bob Bingham ledede STFC-holdet involveret i projektet og sagde

"Disse eksperimentelle resultater er vigtige, da de giver direkte laboratoriebeviser for, at objekter, der bevæger sig gennem magnetiserede plasmaer, kan være steder med elektronacceleration - en meget generel situation inden for astrofysik, der ikke kun finder sted i kometer, men også i planetariske magnetosfærer, som vores egen jord, eller endda i supernova-rester, hvor det udstødte materiale bevæger sig hen over den interstellare gas. Eksperimenterne bekræfter også teoretiske modeller udviklet af holdet."

Andre medlemmer af STFC-teamet omfattede CLF's Dr. Raoul Trines og Chris Spindloe og fra STFC's RAL Space-facilitet Dr. Ruth Bamford.

For CLF's Dr. Raoul Trines var højdepunktet i projektet at gengive en naturkraft

"Som teoretiker finder jeg det forbløffende, at det er muligt fornuftigt at replikere astrofysiske fænomener i laboratoriet, at teste vores fysiske forståelse af, hvad naturen finder på".

Til eksperimenterne affyrede forskerholdet laserstråler på en plastfolie, som eksploderede, forårsager en strøm af elektroner og ioner til at blive udstødt, danner en højhastighedsstrøm af ioniseret gas (plasma) som solvinden. Denne 'plasmastrøm' ramte derefter en fast kugle, den såkaldte laboratoriekomet, placeret næsten en centimeter væk fra plastfolien, ligner, hvad der sker, når en rigtig komet passerer gennem solsystemet. Det blev fundet, at elektroner opvarmes til omkring en million grader i opstrømsplasmaet ved plasmaturbulens.

Disse varme elektroner er ansvarlige for at udsende røntgenstråler, men kun i nærvær af et magnetfelt.

Dette arbejde kaster også lys over et kosmisk strålemysterium kendt som injektionsproblemet. Det er almindeligt anerkendt, at stærke chokbølger forventes at accelerere partikler til meget høje energier, imidlertid, de kræver en kilde til partikler, der er hurtig nok til at passere stødet, indsprøjtningsproblemet. Hver gang partiklerne krydser stødet, får de energi. Dette seneste eksperiment viser tydeligt, at plasmaturbulens kan give en kilde til hurtige partikler, der overvinder injektionsproblemet.

Fra et rumvidenskabeligt synspunkt, denne forskning har været vigtig for bedre at forstå de mekanismer, der skaber kosmiske stråler. De mest farlige kosmiske stråler er de energiske partikler enten fra Solen eller uden for solsystemet. De kan trænge igennem selv tykke mure som små kugler og udgøre en meget alvorlig fare for både astronauter og rumfartøjsteknologi. Milliarder af pund kan være i fare på grund af, at rumvejret (som det er kendt) skader satellitter. Astronauter på langvarige missioner uden for Jordens magnetosfære kan modtage livstruende doser af stråling fra sådanne partikler. For at beskytte dem er vi nødt til at forstå, hvordan denne stråling skabes, så vi kan forudsige den og give advarsler eller endda skærme mod den ved hjælp af lignende mekanismer som den, der skabte den.

Et laboratorieeksperiment som dette sætter os i stand til at teste vores forståelse af, hvordan kosmiske stråler accelereres til så høje energier, i et kontrolleret miljø. Noget der ikke er nemt at gøre direkte i rummet.

Bladet er udgivet i Naturfysik .