Högenergipartiklar som sveper i solsystemet.

 

Ny forskning gjord vid Columbia University av astrofysiker Luca Comisso och Lorenzo Sironi visar hur och när högenergipartiklar kan bildas och ger ledtrådar till frågor som forskare sedan 1940-talet velat ha svar på.

Vid oförutsägbara tider bombarderar högenergipartiklar jorden och sonder utanför jordens atmosfär med sin strålning som så stark att  den kan äventyra astronauters liv och förstöra satelliters elektroniska utrustning. Dessa uppblossningar kan även utlösa duschar av strålning som är tillräckligt stark för att nå passagerare i flygplan som flyger över Nordpolen. Forskare har till nu inte lyckats lösa mysteriet hur och när dessa skurar   inträffar.

Nyligen har astrofysikerna Luca Comisso och Lorenzo Sironi vid Columbias Department of Astronomy and the Astrophysics Laboratory skrivit en artikel publicerad i The Astrophysical Journal Letters där de beskriver sin forskning med hjälp av superdatorer av hur högenergipartiklar kommer till i turbulenta miljöer som den i solens atmosfär. Denna nya forskning banar väg för mer exakta förutsägelser om när farliga utbrott av dessa partiklar kan inträffa.

"Denna nya forskning kommer att göra det möjligt för oss att bättre förutsäga ursprunget till dessa från solen energirika partiklar och förbättra prognosmodeller för när dessa utbrott riskerar att ske. Detta är ett viktigt mål att nå för NASA och andra rymdorganisationer och regeringar runt om i världen," säger Comisso.  Inom de närmaste åren, tillade han kan NASA: s Parker Solar Probe, rymdfarkosten som kommer som närmast solen av alla farkoster hittills  kanske validera studiens resultat genom att direkt observera den förutsagda distributionen av högenergipartiklar som antas genereras i solens yttre atmosfär. 

I artikeln, " Ion and Electron Acceleration in Fully Kinetic Plasma Turbulence ", visar Comisso och Sironi att magnetfält i solens yttre atmosfär kan accelerera joner och elektroner upp till hastigheter nära ljusets hastighet. Solens och andra stjärnors yttre atmosfär består av partiklar i plasmatillstånd, ett mycket turbulent tillstånd som skiljer sig från gas och fasta tillstånd. Forskare har länge trott att solens plasma genererar högenergipartiklar. Men partiklar i plasma rör sig så oregelbundet och oförutsägbart att de hittills inte fullt ut har kunnat förstås hur och när detta sker.

Med hjälp av dessa superdatorer vid Columbia, NASA och National Energy Research Scientific Computing Center skapade Comisso och Sironi datorsimuleringar som visar de exakta rörelserna av elektroner och joner i solens plasma som får denna effekt. Dessa simuleringar efterliknar de atmosfäriska förhållandena på solen och ger de mest omfattande data som hittills samlats in om hur och när högenergipartiklar bildas.

Forskningen ger svar på frågor som forskare ställt i minst 70 år. Det var 1949 fysikern Enrico Fermi undersökte magnetfält i yttre rymden som en potentiell källa till de högenergipartiklar (som han kallade kosmiska strålar) som observerades komma in i jordens atmosfär. Sedan dess har forskare misstänkt att solens plasma är en viktig källa till dessa partiklar men att bevisa det har varit svårt.

Comisso och Sironis forskning, som genomfördes med stöd från NASA och National Science Foundation får konsekvenser i förståelsen av playser bortom vårt eget solsystem. Den stora majoriteten av den observerbara materien i universum är i plasmatillstånd. Att förstå hur några av partiklarna som utgör plasma kan accelereras till högenerginivåer är ett viktigt forskningsområde eftersom energiska partiklar rutinmässigt observeras inte bara runt solen utan också i andra miljöer över hela universum, inklusive omgivningen av svarta hål och från neutronstjärnor.

Genom att förstå när risken för dessa utbrott sker kommer kan vi bättre förbereda oss och skydda astronauter och elektronik men även förstå när faran är liten för utsläpp. Det sparar ekonomiska resurser att veta när faran finns och faran för utsläpp är mindre eller ingen (min anm.).

Bild pxhere.com