Международная группа учёных совершила значительный прогресс в понимании механизма работы бесстолкновительных ударных волн — одного из самых мощных природных ускорителей частиц во Вселенной. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, проливают свет на давнюю загадку происхождения космических лучей.

Работа объединила данные спутниковых наблюдений миссий NASA MMS и THEMIS / ARTEMIS с последними теоретическими достижениями.

Серия ударных волн на юго-востоке (внизу слева) и северо-западе (вверху справа). Изображение получено космическим телескопом «Джеймс Уэбб». На изображении показан объект Herbig-Haro 211. Объекты Herbig-Haro образуются, когда звёздные ветры или струи газа, выбрасываемые новорожденными звездами, формируют ударные волны. Источник: ESA / Webb, NASA, CSA, Tom Ray (Dublin)

17 декабря 2017 года учёные зафиксировали уникальное явление в области земной форшоковой зоны — области, где солнечный ветер возмущается при взаимодействии с ударной волной Земли. Электроны в этой области достигли беспрецедентной энергии, превышающей 500 кэВ, что в 500 раз больше их типичной энергии в этом регионе.

Исследование показало, что такие высокоэнергетические электроны образуются благодаря сложному взаимодействию нескольких механизмов ускорения, включая взаимодействие электронов с различными плазменными волнами, переходными структурами в форшоковой области и головной ударной волной Земли.

Измерения MMS, показывающие отсутствие высокоэнергетических электронов (100-500 кэВ). B: Измерения MMS во время события с энергичными электронами. Ось X показывает время, а ось Y представляет собой соотношение между фоновым потоком и фактическим наблюдением. Значение 1, как показано на левом графике, указывает на отсутствие энергичных частиц, тогда как правый график демонстрирует десятикратное увеличение энергичных электронов.  Источник: Dr. Savvas Raptis and Dr. Ahmad Lalti

«Большинство наших исследований фокусируется либо на малых масштабах, таких как взаимодействие волн и частиц, либо на крупномасштабных свойствах, например, влиянии солнечного ветра. Однако в этой работе мы продемонстрировали, как совместное действие явлений различного масштаба приводит к ускорению частиц в космосе», — поясняет руководитель исследования, доктор Раптис.

Соавтор Доктор Лалти добавляет: «Околоземная плазменная среда служит естественной лабораторией для изучения Вселенной. Обнаруженные нами фундаментальные процессы не ограничиваются Солнечной системой и, вероятно, происходят по всей Вселенной, включая другие звёздные системы, остатки сверхновых и активные ядра галактик».

Это исследование не только углубляет понимание процессов генерации космических лучей, но и демонстрирует, как явления в пределах Солнечной системы могут помочь в понимании астрофизических процессов во всей Вселенной.

Подробнее на iXBT