12 июля 2021

Объяснена загадка ускорения тяжелых элементов в составе потоков космических лучей

Ученые использовали данные, собранные при помощи миссии Magnetospheric Multiscale (MMS), для объяснения присутствия высокоэнергетических ионов тяжелых элементов в галактических космических лучах. Галактические космические лучи состоят из быстродвижущихся высокоэнергетических частиц, в основном протонов – самых легких и наиболее широко распространенных частиц во Вселенной. Ученые долгое время не могли понять, как следовые количества тяжелых элементов, присутствующие в составе потоков галактических космических лучей, получают ускорение.

В результате взрыва умирающей звезды как сверхновой формируется гигантская ударная волна, которая распространяется сквозь окружающее пространство, ускоряя ионы до высоких энергий и формируя галактические космические лучи. Однако ускорение тяжелых частиц при этом объяснить довольно непросто – так, вероятность их ускорения под действием образующейся ударной волны можно сравнить с вероятностью ускорения человека, стоящего на песке, под действием небольшой морской волны, смывающей из-под ног мелкие песчинки.

В новой работе ученые под руководством Хади Маданьяна (Hadi Madanian) изучили поведение ударных волн, возникающих в окрестностях сверхновых, на примере ударных волн иного рода – волн, возникающих в окрестностях Земли при бомбардировке ее магнитосферы потоками солнечного ветра.

«Мы наблюдали мощное усиление магнитного поля близ границы ударной волны – хорошо известное свойство, связанное обычно с мощными ударными волнами, такими как ударные волны в окрестностях остатков сверхновых. Затем мы проанализировали поведение разных ионов при встрече с этой ударной волной, - сказал Маданьян. – Мы нашли, что эти усиленные магнитные поля значительно изменяли траекторию тяжелых ионов, перенаправляя их в ускоряющую зону ударной волны».