Højenergirøntgenstråler brister fra lavenergiplasma

Soludbrud bør ikke producere røntgenstråler, men det gør de. Hvorfor? Den ensartede tilgang til elektronkollisioner går glip af nogle heldige, der fører til et intenst røntgenudbrud. Forskere mente, at der var for mange elektronspredende kollisioner i sådanne kolde plasmaer til, at elektroner kunne accelereres til høj energi og udstråle røntgenstråler. Mens de fleste elektroner i et koldt plasma kolliderer, før de kan accelerere, det er muligt, at nogle få ikke støder sammen. Disse partikler er som krigere, der udholder en række dødelige kampe, men overlever hvert møde og udvikler erfaring for at have en bedre chance for at overleve det næste.

I lang tid, forskere har observeret røntgenstråler og energiske partikler i solblusser og andre situationer, hvor plasma formodes at være for kollisionskrævende til, at disse fænomener kan forekomme. Røntgenstråler kan også forekomme i lyn og visse fusionsenergiapparater. Astrofysiske stråler kan producere partikler med høj energi (gammastråler). Teamets opdagelse viser, at forskere skal tage højde for detaljerede statistikker over kollisioner. En one-size-fits-all tilgang savner de heldige få elektroner, der ikke kolliderer og accelererer for at opnå stor kinetisk energi.

Forskere observerede et burst af røntgenstråler fra en laboratorieplasmastråle. Dette udbrud var uventet, fordi plasmastrålen var relativt kold og derfor meget kollisionsfarlig. En enkel måde at tænke på en forkølelse, kollisionsplasma er, at der er for meget friktion til, at elektroner accelereres til høj energi og udstråler røntgenstråler, fordi friktion svarer til kollisioner, der spreder elektroner. Mens det store flertal af elektroner i et koldt plasma kolliderer, før de kan accelerere til høj energi, det er muligt, at nogle heldige ikke gør det. Kollisioner kvantificeres statistisk ved den gennemsnitlige frie vej, som er den afstand, over hvilken en partikel har en to tredjedels chance for at kollidere og dermed miste al sin rettet momentum. Statistikken indebærer således, at en partikel har en tredjedel chance for ikke at kollidere, når den rejser en gennemsnitlig fri vej. Kollisioner er statistiske, så der er altid en sandsynlighed for ikke at støde sammen. De få elektroner, der i første omgang ikke kolliderer, bliver mindre tilbøjelige til at kollidere igen, så en lille kohorte accelereres til meget høj energi. En ikke-kolliderende partikel vil blive accelereret af et elektrisk felt, hvis den er til stede, og den vil således opnå mere rettet kinetisk energi efter at have kørt den gennemsnitlige frie vej. Fordi den gennemsnitlige frie vej stiger, når energien kvadreres, energien opnået i den næste gennemsnitlige frie vej vil være større for en tredjedel af partikler, der ikke kolliderer. Efter et stykke tid, der er en lille gruppe energiske partikler, der aldrig kolliderede, og på grund af deres høje energi, kan udstråle røntgenstråler. Disse partikler er som soldater, der udholder en række dødelige kampe, men heldigvis overlever hver enkelt og udvikler erfaring for at have en bedre chance for at overleve det næste møde.

Røntgenstrålerne korrelerer med, at plasmastråldiameteren bliver kvalt af krusninger, som dem, der forekommer ved grænsefladen, der adskiller et tungt væske oven på en lettere væske. Krusningerne kvæler jetstrømmen for at producere et elektrisk felt, der accelererer elektroner. Dette svarer til at lægge en tommelfinger på en haveslange for at kvæle vandstrømmen og lave et stort trykfald, der accelererer en lille mængde vand til høj hastighed for at lave en spray. Teamets opdagelse af, hvordan disse mikrosekund-røntgenudbrud dannes, viser detaljerede kollisionsstatistikker, der er vigtige i forbindelse med kolde plasmaer.