A tudósok a plazma instabilitásának új állapotát fedezték fel, ami forradalmasította a kozmikus sugarakról alkotott ismereteinket. Ez az áttörés felfedi, hogy a kozmikus sugarak elektromágneses hullámokat generálnak a plazmában, befolyásolva annak útját. A kozmikus sugarak kollektív viselkedése, hasonlóan a vízmolekulák által keltett hullámokhoz, megkérdőjelezi a korábbi elméleteket, és azt ígéri, hogy betekintést nyújt a kozmikus sugarak galaxisokban történő szállításába és a galaxisok evolúciójában betöltött szerepébe. Jóváírás: SciTechDaily.com
A Leibniz Potsdami Asztrofizikai Intézet (AIP) tudósai új objektumot fedeztek fel vérplazma Ez az instabilitás forradalmasítja a kozmikus sugarak eredetével és a galaxisokra gyakorolt dinamikai hatásukkal kapcsolatos ismereteinket.
A múlt század elején Victor Hess felfedezett egy új jelenséget, a kozmikus sugarakat, amivel később Nobel-díjat kapott. Nagy magasságban ballonos repüléseket hajtott végre annak megállapítására, hogy a Föld légköre nem ionizálódott a Föld radioaktivitása miatt. Ehelyett megerősítette, hogy az ionizáció földönkívüli eredetű. Később megállapították, hogy a kozmikus „sugarak” a világűrből származó töltött részecskékből állnak, amelyek közel fénysebességgel haladnak, mint… sugárzás. A „kozmikus sugarak” elnevezés azonban ezekre az eredményekre ragadt.
A kozmikus sugárzás kutatásának legújabb fejleményei
Az új tanulmányban Dr. Mohamed Shalabi, az AIP Intézet tudósa és a tanulmány vezető szerzője és munkatársai numerikus szimulációkat futtattak, hogy nyomon kövessék több kozmikus sugárrészecske útvonalát, és megvizsgálják, hogyan lépnek kapcsolatba a környező plazmával, amely elektronok és protonok.
A plazma háttérre ellenáramló és plazma instabilitását kiváltó kozmikus sugarak szimulációja. Itt látható a fázistérben áramló kozmikus sugarakra reagáló háttérrészecskék eloszlása, amely átíveli a részecske helyzetét (vízszintes tengely) és sebességét (függőleges tengely). A számsűrűségek és a fázistér-nyílások színérzékelése az instabilitás rendkívül dinamikus természetének megnyilvánulása, amely véletlenszerű mozgások során eloszlik. A kép forrása: Shalabi/AIP
Amikor a kutatók a szimuláció egyik oldaláról a másikra terjedő kozmikus sugarakat tanulmányozták, felfedeztek egy új jelenséget, amely elektromágneses hullámokat gerjeszt a háttérplazmában. Ezek a hullámok erőt fejtenek ki a kozmikus sugarakra, megváltoztatva kanyargós útjukat.
A kozmikus sugarak, mint kollektív jelenségek megértése
A legfontosabb, hogy ez az új jelenség jobban megérthető, ha figyelembe vesszük, hogy a kozmikus sugarak nem egyedi részecskékként működnek, hanem egy kollektív elektromágneses hullámot támogatnak. Amikor ez a hullám kölcsönhatásba lép az alapvető háttérhullámokkal, erősen felerősödik, és energiaátadás történik.
„Ez a nézet lehetővé teszi számunkra, hogy a kozmikus sugarakat sugárzásként viselkedőnek tekintsük, nem pedig egyedi részecskéknek, ahogyan Viktor Hess eredetileg gondolta” – mondja Christoph Pfromer professzor, az AIP Nagyenergiájú Kozmológiai és Asztrofizikai Tanszékének vezetője. .
Protonok (szaggatott vonalak) és elektronok (folytonos vonalak) lendületeloszlása. Itt látható a nagy energiájú elektronok farka megjelenése lassabban mozgó sokknál. Ez az újonnan felfedezett plazma instabilitások (piros) által generált elektromágneses hullámokkal való kölcsönhatás eredménye, amelyek a gyorsabb sokk (fekete) esetén hiányoznak. Mivel csak a nagy energiájú elektronok produkálnak megfigyelhető rádiósugárzást, ez rávilágít a gyorsulási folyamat fizikájának megértésének fontosságára. A kép forrása: Shalabi/AIP
Jó analógia erre a viselkedésre, hogy az egyes vízmolekulák együttesen hullámot képeznek, amely a parton megtörik. „Ezt az előrelépést csak úgy sikerült elérni, hogy figyelembe vettük a korábban figyelmen kívül hagyott kisebb skálákat, amelyek megkérdőjelezik a hatékony hidrodinamikai elméletek alkalmazását a plazmafolyamatok tanulmányozása során” – magyarázza Dr. Mohamed Shalabi.
Hatások és alkalmazások
Számos alkalmazás létezik az újonnan felfedezett plazma instabilitásra, beleértve az első magyarázatot arra vonatkozóan, hogy a csillagközi termikus plazmából származó elektronok hogyan gyorsulnak fel a szupernóva-maradványokban lévő nagy energiákra.
„Az újonnan felfedezett plazma instabilitása jelentős ugrást jelent a gyorsulási folyamat megértésében, és végül megmagyarázza, hogy a szupernóva-maradványok miért ragyognak a rádió- és gammasugárzásban” – mondja Mohamed Shalabi.
Ezenkívül ez az úttörő felfedezés megnyitja az ajtót a galaxisokban a kozmikus sugárzás átvitelének alapvető folyamatainak mélyebb megértéséhez, ami a legnagyobb rejtélyt jelenti a galaxisokat kozmikus evolúciójuk során alakító folyamatok megértésében.
Referenciák:
Mohamed Shalabi, Timon Thomas, Christoph Pfromer, Reuven Lemmers és Virginia Breschi „A mezoskálás instabilitás fizikai alapjainak megfejtése”, 2023. december 12. Journal of Plasma Physics.
doi: 10.1017/S0022377823001289
Mohamed Shalabi, Reuven Lemmers, Timon Thomas, Christoph Pfromer: „Hatékony elektrongyorsítási mechanizmus párhuzamos nem-relativisztikus sokkoknál”, 2022. május 4. Asztrofizika > Nagy energiájú asztrofizikai jelenségek.
arXiv:2202.05288
Mohamed Shalabi, Timon Thomas és Christoph Pfromer „A kozmikus sugarak okozta új instabilitás”, 2021. február 24. a Astrophysical Journal.
doi: 10.3847/1538-4357/abd02d
„Utazási specialista. Tipikus közösségi média tudós. Az állatok barátja mindenhol. Szabadúszó zombinindzsa. Twitter-barát.”
More Stories
A SpaceX Polaris Dawn űrszondájának legénysége a valaha volt legveszélyesebb űrsétára készül
Egy őskori tengeri tehenet evett meg egy krokodil és egy cápa a kövületek szerint
Egyforma dinoszaurusz-lábnyomokat fedeztek fel két kontinensen