Нова нестабільність плазми проливає світло на природу космічних променів

Вчені з Інституту астрофізики Лейбніца в Потсдамі (AIP) виявили нову нестабільність плазми, яка обіцяє змінити наше розуміння походження космічних променів та їх динамічного впливу на галактики.

На початку минулого століття Віктор Гесс відкрив нове явище під назвою космічні промені, яке згодом принесло йому Нобелівську премію. Він провів висотні польоти на повітряній кулі, щоб виявити, що атмосфера Землі не іонізована радіоактивністю землі. Натомість він підтвердив, що походження іонізації було позаземним. Згодом було встановлено, що космічні «промені» складаються із заряджених частинок із космосу, які летять зі швидкістю, близькою до світла, а не випромінювання. Однак назва «космічні промені» пережила ці відкриття.

У новому дослідженні доктор Мохамад Шалабі, вчені з AIP і головний автор цього дослідження, а також його співробітники виконали числове моделювання, щоб прослідкувати траєкторії багатьох частинок космічного випромінювання та вивчити, як вони взаємодіють з навколишньою плазмою, що складається з електронів і протони. Стаття з’являється на сервері попередньої обробки arXiv.

Коли дослідники вивчали космічні промені, що летять з одного боку симуляції на інший, вони виявили нове явище, яке збуджує електромагнітні хвилі у фоновій плазмі. Ці хвилі впливають на космічні промені, що змінює їхні звивисті шляхи.

Найважливіше те, що це нове явище можна найкраще зрозуміти, якщо вважати, що космічні промені діють не як окремі частинки, а замість цього підтримують колективну електромагнітну хвилю. Коли ця хвиля взаємодіє з фундаментальними хвилями на фоні, вони сильно посилюються, і відбувається передача енергії.

«Це розуміння дозволяє нам вважати, що космічні промені поводяться як випромінювання, а не як окремі частинки в цьому контексті, як це спочатку вважав Віктор Гесс», — зауважує професор Крістоф Пфроммер, керівник секції космології та астрофізики високих енергій AIP. . Гарною аналогією такої поведінки є те, що окремі молекули води разом утворюють хвилю, яка розбивається об берег.

«Цей прогрес стався лише завдяки розгляду менших масштабів, які раніше не враховувалися і які ставлять під сумнів використання ефективних гідродинамічних теорій при вивченні плазмових процесів», — пояснює доктор Мохамад Шалабі.

Існує багато застосувань цієї нещодавно відкритої нестабільності плазми, включаючи перше пояснення того, як електрони з теплової міжзоряної плазми можуть бути прискорені до високих енергій на залишках наднових.

«Ця нещодавно виявлена ​​нестабільність плазми являє собою значний стрибок у нашому розумінні процесу прискорення та, нарешті, пояснює, чому ці залишки наднової сяють у радіо- та гамма-променях», — повідомляє Мохамад Шалабі. Крім того, це новаторське відкриття відкриває двері до глибшого розуміння фундаментальних процесів транспортування космічних променів у галактиках, що є найбільшою загадкою в нашому розумінні процесів, які формують галактики під час їхньої космічної еволюції. Джерело