Vědci objevili nový stav nestability plazmatu, který revolucionizuje naše chápání kosmického záření. Tento průlom odhaluje, že kosmické záření generuje v plazmatu elektromagnetické vlny, které ovlivňují jeho dráhy. Toto kolektivní chování kosmického záření, podobné vlnám tvořeným molekulami vody, zpochybňuje předchozí teorie a slibuje poskytnout vhled do transportu kosmického záření v galaxiích a jeho role v evoluci galaxií. Kredit: SciTechDaily.com
Vědci z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) objevili nový objekt plazma Tato nestabilita má způsobit revoluci v našem chápání původu kosmického záření a jeho dynamického vlivu na galaxie.
Začátkem minulého století Victor Hess objevil nový jev zvaný kosmické záření, který mu později vynesl Nobelovu cenu. Prováděl lety balónem ve velkých výškách, aby zjistil, že zemská atmosféra není ionizována kvůli radioaktivitě Země. Místo toho potvrdil, že původ ionizace byl mimozemský. Později bylo zjištěno, že kosmické „paprsky“ se skládají z nabitých částic z vesmíru, které se pohybují rychlostí blízkou rychlosti světla spíše než… záření. Název „kosmické záření“ však po těchto výsledcích utkvěl.
Nejnovější vývoj ve výzkumu kosmického záření
V nové studii Dr. Mohamed Shalabi, vědec z Institutu AIP a hlavní autor této studie, a jeho spolupracovníci provedli numerické simulace, aby sledovali dráhy několika částic kosmického záření a studovali, jak interagují s okolní plazmou tvořenou elektrony a protony.
Simulace protiproudu kosmického záření na pozadí plazmatu a spouštění nestability plazmatu. Zde je znázorněno rozložení částic pozadí reagujících na kosmické záření proudící ve fázovém prostoru, který zahrnuje polohu částice (horizontální osa) a rychlost (vertikální osa). Barevné vnímání číselných hustot a apertur fázového prostoru jsou projevy vysoce dynamické povahy nestability, která se rozptyluje v náhodných pohybech. Zdroj obrázků: Shalabi/AIP
Když vědci studovali kosmické záření putující z jedné strany simulace na druhou, objevili nový jev, který budí elektromagnetické vlny v plazmatu na pozadí. Tyto vlny působí silou na kosmické paprsky a mění jejich vinuté dráhy.
Chápání kosmického záření jako kolektivních jevů
A co je nejdůležitější, tento nový fenomén lze lépe pochopit, pokud vezmeme v úvahu, že kosmické záření nepůsobí jako jednotlivé částice, ale spíše podporuje kolektivní elektromagnetické vlnění. Když tato vlna interaguje se základními vlnami pozadí, je silně zesílena a dochází k přenosu energie.
„Tento pohled nám umožňuje považovat kosmické záření za záření, které se v tomto kontextu chová jako záření, a ne za jednotlivé částice, jak si původně myslel Viktor Hess,“ říká profesor Christoph Pfromer, vedoucí oddělení vysokoenergetické kosmologie a astrofyziky na AIP. .
Rozložení hybnosti protonů (přerušované čáry) a elektronů (plné čáry). Zde je ukázán vzhled ohonu vysokoenergetických elektronů při pomaleji se pohybujícím rázu. Je to výsledek interakcí s elektromagnetickými vlnami generovanými nově objevenými nestabilitami plazmatu (červená), které v případě rychlejšího šoku chybí (černá). Protože pouze vysokoenergetické elektrony produkují pozorovatelnou rádiovou emisi, zdůrazňuje to důležitost pochopení fyziky procesu zrychlení. Zdroj obrázků: Shalabi/AIP
Dobrou analogií pro toto chování je, že jednotlivé molekuly vody společně tvoří vlnu, která se láme u břehu. „Tohoto pokroku bylo dosaženo pouze zvážením dříve přehlížených menších měřítek, které zpochybňují použití účinných hydrodynamických teorií při studiu plazmových procesů,“ vysvětluje Dr. Mohamed Shalabi.
Efekty a aplikace
Existuje mnoho aplikací pro nově objevené nestability plazmatu, včetně prvního vysvětlení toho, jak jsou elektrony z mezihvězdného termálního plazmatu urychlovány na vysoké energie ve zbytcích supernov.
„Nově objevená nestabilita plazmatu představuje velký skok v našem chápání procesu urychlování a konečně vysvětluje, proč zbytky supernov září v rádiovém a gama záření,“ říká Mohamed Shalabi.
Tento průkopnický objev navíc otevírá dveře k hlubšímu pochopení základních procesů přenosu kosmického záření v galaxiích, což představuje největší záhadu v našem chápání procesů, které formují galaxie během jejich kosmického vývoje.
Reference:
„Dešifrování fyzického základu nestability v mezoměřítku“ od Mohameda Shalabiho, Timona Thomase, Christopha Pfromera, Reuvena Lemmerse a Virginie Breschi, 12. prosince 2023, Journal of Plasma Physics.
doi: 10.1017/S0022377823001289
„Mechanismus efektivního urychlení elektronů při paralelních nerelativistických výbojích“ od Mohameda Shalabiho, Reuvena Lemmerse, Timona Thomase, Christopha Pfromera, 4. května 2022, Astrofyzika > Vysokoenergetické astrofyzikální jevy.
arXiv:2202.05288
„Nová nestabilita způsobená kosmickým zářením“ Mohamed Shalabi, Timon Thomas a Christoph Pfromer, 24. února 2021, a Astrophysical Journal.
doi: 10.3847/1538-4357/abd02d
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
