Plasmainstabilitet kastar nytt ljus över den kosmiska strålningens natur

 

Citerat från vikipedia; Plasma är inom fysik ett aggregationstillstånd av materia. Om en gas värms tillräckligt mycket separeras elektronerna från atomkärnorna och ett plasma bildas. Ett plasma kan sägas vara en gas av laddade partiklar, joner och elektroner. När ett ämne har hettats upp till plasma skiljs atomernas beståndsdelar åt, det vill säga: elektronerna rör sig fritt från kärnan. Slut citat. 

Forskare vid Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) har upptäckt en ny plasmainstabilitet som kan revolutionera vår förståelse av ursprunget till kosmisk strålning och deras dynamiska inverkan på galaxer.

I början av förra seklet upptäckte fysikern Victor Hess ett nytt fenomen som fick beteckningen kosmisk strålning och som senare gav Nobelpriset i fysik 1936. Han genomförde ballongflygningar på hög höjd och upptäckte att jordens atmosfär inte joniseras av markens radioaktivitet. Istället bekräftade han att joniseringens ursprung var utomjordiskt. Senare förstods att kosmisk "strålning" består av laddade partiklar från yttre rymden som flyger nära ljusets hastighet snarare än av strålning. Begreppet "kosmisk strålning" överlevde dock denna upptäckt. https://sv.wikipedia.org/wiki/Victor_F._Hess

I den nya studien har Dr Mohamad Shalaby, forskare vid AIP och huvudförfattare till denna och hans medarbetare utfört numeriska simuleringar för att följa banorna för ett flertal kosmiska strålningspartiklar och studera hur dessa interagerar med det omgivande plasmat vilket består av elektroner och protoner. När forskarna studerade kosmisk strålning som flög från den ena sidan av simuleringen till den andra upptäckte de ett nytt fenomen - elektromagnetiska vågor i bakgrundsplasmat. Dessa vågor utövar en kraft på den kosmiska strålningen som ändrar deras banor.

Detta nya fenomen kan enklast förstås om vi betraktar den kosmiska strålningen som att den inte är enskilda partiklar utan istället stöder en kollektiv elektromagnetisk våg. När denna våg interagerar med de grundläggande vågorna i bakgrunden förstärks dessa kraftigt och en överföring av energi äger rum. Insikten gör det möjligt för oss att betrakta kosmisk strålning som strålning och inte som enskilda partiklar i det här sammanhanget precis som Victor Hess ursprungligen ansåg, beskriver professor Christoph Pfrommer, chef för avdelningen för kosmologi och högenergiastrofysik vid AIP. En bra analogi för beteendet är att tänka sig att enskilda vattenmolekyler tillsammans bildar en våg som bryts vid stranden. D

Det finns många tillämpningar av denna nyupptäckta plasmainstabilitet, inklusive en trolig förklaring av hur elektroner från det termiska interstellära plasmat kan accelereras till höga energier vid supernovarester. Den här nyupptäckta plasmainstabiliteten innebär ett stort steg framåt i vår förståelse av accelerationsprocessen och förklarar slutligen varför dessa supernovarester lyser i radio- och gammastrålningen, beskriver Mohamad Shalaby. Dessutom öppnar denna banbrytande upptäckt dörren till en djupare förståelse av de grundläggande processerna för transport av kosmisk strålning i galaxer vilket utgör det största mysteriet i vår förståelse av de processer som formar galaxer under deras kosmiska utveckling.

Bild vikipedia. Norrskenet är ett (plasmafenomen) ett av få synliga plasmafenomen i jordens jonosfär.

Ett oförklarat samband finns mellan kosmisk strålning och jordbävningar

 

Det finns en tydlig statistisk korrelation mellan global seismisk aktivitet utifrån förändringar i intensiteten av kosmisk strålning som registreras vid ytan på Jorden. Överraskande uppvisar den en periodicitet som undgår entydig fysisk tolkning. Men som potentiellt kan hjälpa till att förutsäga jordbävningar om vi förstår sambandet.

Starka jordbävningar resulterar vanligtvis i mänskliga offer och stora materiella förluster. Tragedins omfattning skulle kunna minskas avsevärt om vi kunde förutsäga tid och plats för en annalkande jordbävning.

I CREDO-projektet  vilket initierades 2016 av Institutet för kärnfysik vid den polska vetenskapsakademin (IFJ PAN) i Krakow, försöker man verifiera hypotesen att jordbävningar potentiellt kan förutsägas genom att observera förändringar i kosmisk strålning.

Statistiska analyser har visat att det finns ett samband mellan de två fenomenen, de uppvisar egenskaper som ingen hade förväntat sig.

Det internationella CREDO-projektet (Cosmic Ray Extremely Distributed Observatory) är ett virtuellt kosmiskt strålningsobservatorium öppet för alla som samlar in och bearbetar data inte bara från sofistikerade vetenskapliga detektorer utan också från ett stort antal mindre detektorer, bland vilka CMOS-sensorerna i smartphones leder vägen (för att förvandla en smartphone till en kosmisk stråldetektor, installera bara den kostnadsfria CREDO Detector-appen).  

En av Credos huvuduppgifter är att övervaka globala förändringar i flödet av sekundär kosmisk strålning som når Jordens yta. Denna strålning produceras i jordens stratosfär mest intensivt inom det så kallade Regener-Pfotzer-maximumet där partiklar av primär kosmisk strålning kolliderar med gasmolekyler i atmosfären och initierar kaskader av sekundära partiklar.

Vid första anblicken kan tanken att det finns en koppling mellan jordbävningar och kosmisk strålning i sin primära form som når oss främst från solen och rymden verka mystisk. Men de fysiska grundvalarna är rationella beskriver Dr. Piotr Homola (IFJ PAN och AstroCeNT CAMK PAN) koordinator för CREDO och försteförfattare till artikeln i Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics.

Huvudidén utgår från observationen att virvelströmmar i vår planets flytande kärna är som genererar jordens magnetfält. Detta fält böjer vägarna för laddade partiklar av kosmisk strålning som kommer in mot jorden. Således om stora jordbävningar är förknippade med störningar i materiens flöden som driver jordens dynamo skulle dessa störningar förändra magnetfältet vilket i sin tur skulle påverka spåren av partiklarna av primär kosmisk strålning på ett sätt som beror på dynamiken i störningarna i vår planet.

Markbaserade detektorer bör därför upptäcka vissa förändringar i antalet sekundära kosmiska strålpartiklar som detekteras.

CREDO-fysiker analyserade kosmisk strålningsintensitets data från två stationer i Neutron Monitor Database-projektet (samlat in under det senaste halvseklet)  och Pierre Auger-observatoriet 

 

(samlat in sedan 2005). Valet av observatorier bestämdes av det faktum att de ligger på båda sidor av ekvatorn och använder olika detektionsteknik. Analyserna omfattade förändringar i solaktiviteten något som beskrivs i databasen som upprätthålls av Solar Influences Data Analysis Centre. Nyckelinformation om jordens seismiska aktivitet hämtades i sin tur från U.S. Geological Survey-programmet. 

Analyserna utfördes med hjälp av flera statistiska tekniker. I varje fall under den studerade perioden, framkom en tydlig korrelation mellan förändringar i intensiteten av sekundär kosmisk strålning och den summerade storleken på alla jordbävningar med magnituder större än eller lika med 4. Viktigt är att denna korrelation bara blir uppenbar när kosmisk stråldata flyttas 15 dagar framåt i förhållande till seismiska data. Detta är goda nyheter eftersom det antyder möjligheten att upptäcka kommande jordbävningar i god tid.

Tyvärr framgår det inte av analyserna om det kommer att vara möjligt att identifiera platserna där själva jordbävningen kommer att ske.

Men om detta kan göras möjligt skulle mycket vara vunnet,

För mer fakta om studien se denna länk.

Bild pixabay.com

Solvindens kamp mot kosmisk strålning eller tvärtom.

I utkanten av vårt solsystem rasar en våldsam strid mellan solvinden och kosmisk strålning från yttre rymden. NASA: s Voyager 2 har nu passerat genom denna frontlinje och befinner sig tillsammans med Voyager 1 (vilken befinner sig än längre ut i en annan riktning) i den interstellära rymden mellan solsystemen i vår Vintergata.

 Solvinden sprider sig från vår sol i alla riktningar genom vårt solsystem och det skapar en bubbla av energi som omger hela vårt solsystem. Vid kanten av denna bubbla kolliderar solvinden slutligen med kraftfulla kosmiska strålar från den interstellära rymden. Där finns i kollisionszonen en tjock vägg av plasma kallad heliopause. Denna kosmiska gräns av vårt solsystem finns ca 120 gånger längre bort från solen än jorden gör.



Den strålning solen här möter och späder ut med sin strålning kommer  från avlägsna stjärnor och himmelska explosioner (supernovor). Voyager 2 kunde oberört ta sig igenom heliopausen vilket tog ungefär en dag. Men forskarna upptäckte  att plasmabarriären var betydligt varmare och tjockare än tidigare studier uppskattat. Men barriären upptäcktes även vara en effektiv fysisk sköld mellan vårt solsystem och den interstellära rymden.


Tänk (min anm.) vad allt verkar tillrättalagt för att vi och vår planet ska vara beboelig. Vi har ju balans för liv på planeten. Skyddande höljen i form av bälten runt den och nu ser det ut som om även ett första skydd mot den farliga strålningen från rymden redan finns där vårt solsystem börjar. 


 Enligt studiens medförfattare Edward Stone, en astronom vid California Institute of Technology som har arbetat med Voyager programmet sedan det lanserades i 1977 stoppar  denna sköld cirka 70% av kosmisk strålning från att bryta sig in i vårt solsystem.


"Heliopausen är kontaktytan där två vindar kolliderar, vinden från solen och vinden från rymden, som kommer från Supernovor som exploderade för länge sedan." "Bara ca 30 % av vad som finns utanför bubblan kan komma in." Den varma, laddade vinden som skyddar vårt solsystem kanske inte är ett perfekt skydd men som Voyager 2 bekräftade, är det en del av vad som skiljer vårt kosmiska hem från vildsint vildmark i rymden. För detta (kanske) borde vi vara tacksamma.

Bild på den guldskiva som fanns i två ex och vilka ett sändes med Voyager 1 och en med Voyager 2 och vars farkoster sedan mitten av 1970 talet nu båda är utanför vårt solsystem med sin hälsningsskiva till ev upphittare därute.


Bild från vikimedia ovan.