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
Lili Farkas az Androbit szerzője, aki hírekkel, politikával, üzleti témákkal, technológiával, sporttal, szórakozással és életmóddal foglalkozik. Célja, hogy közérthető, hasznos és megbízható információkkal segítse az olvasókat az aktuális események és fontos témák követésében.
More Stories
Apple okosgyűrű fejlesztésén dolgozhat – érkezhet az iRing
Rejtélyes marsi jelenséget azonosítottak egy elveszett NASA-űrszonda korábbi adatai alapján
Óriási aszteroida közelíti meg a Földet: a NASA szerint továbbra sincs teljes védelem