Undersøger dybere kilder til kosmiske stråler

Kosmiske stråler er atomiske partikler med høj energi, der kontinuerligt bombarderer Jordens overflade med næsten lysets hastighed. Vores planets magnetfelt beskytter overfladen mod det meste af den stråling, der genereres af disse partikler. Stadig, kosmiske stråler kan forårsage elektroniske funktionsfejl og er den største bekymring i planlægningen af ​​rummissioner.

Forskere ved, at kosmiske stråler stammer fra de mange stjerner i Mælkevejen, inklusive vores sol, og andre galakser. Vanskeligheden er at spore partiklerne til bestemte kilder, fordi turbulensen af ​​interstellar gas, plasma, og støv får dem til at sprede sig og sprede sig i forskellige retninger.

I AIP forskud , Forskere fra University of Notre Dame udviklede en simuleringsmodel for bedre at forstå disse og andre kosmiske stråletransportkarakteristika, med det mål at udvikle algoritmer til at forbedre eksisterende detektionsteknikker.

Brownsk bevægelsesteori bruges generelt til at studere kosmiske strålebaner. Ligesom den tilfældige bevægelse af pollenpartikler i en dam, kollisioner mellem kosmiske stråler inden for svingende magnetiske felter får partiklerne til at drive frem i forskellige retninger.

Men denne klassiske diffusionsmetode adresserer ikke tilstrækkeligt de forskellige formeringshastigheder, der påvirkes af forskellige interstellare miljøer og lange perioder med kosmiske hulrum. Partikler kan blive fanget i et stykke tid i magnetfelter, som bremser dem, mens andre presses ind i højere hastigheder gennem stjerneeksplosioner.

For at løse den komplekse natur af kosmisk strålerejse, forskerne bruger en stokastisk spredningsmodel, en samling af tilfældige variabler, der udvikler sig over tid. Modellen er baseret på geometrisk brunisk bevægelse, en klassisk diffusionsteori kombineret med en let banedrift i en retning.

I deres første forsøg, de simulerede kosmiske stråler, der bevæger sig gennem interstellarrum og interagerer med lokaliserede magnetiserede skyer, repræsenteret som rør. Strålerne rejser uforstyrret over en lang periode. De afbrydes af kaotisk interaktion med de magnetiserede skyer, hvilket resulterer i, at nogle stråler genudsender i tilfældige retninger, og andre forbliver fanget.

Monte Carlo numerisk analyse, baseret på gentagne stikprøver, afslørede områder af tæthed og reemissionsstyrker for de interstellare magnetiske skyer, fører til skæv, eller tunghale, fordelinger af de formerende kosmiske stråler.

Analysen angiver markant superdiffusiv adfærd. Modellens forudsigelser stemmer godt overens med kendte transportegenskaber i komplekse interstellare medier.

"Vores model giver værdifuld indsigt i arten af ​​komplekse miljøer krydset af kosmiske stråler og kan hjælpe med at fremme nuværende detektionsteknikker, "sagde forfatter Salvatore Buonocore.