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.

Plasmafenomenet i pulsaren PSR J1720-0533 (Svarta änkan).

 

Med hjälp av det femhundra meter långa Aperture Spherical radioteleskopet (FAST) upptäckte ett forskarlag under ledning av Dr. Wang Shuangqiang vid Xinjiang Astronomical Observatory (XAO) vid Chinese Academy of Sciences ett plasmalinsfenom i pulsaren PSR J1720-0533 (även kallad svarta änkan). En pulsar som finns i ett stjärnkluster ute i Vintergatan med beteckningen NGC 6712. 

 

Systemet som innefattar den extremt snabbt roterande pulsaren (PSR J1720-0533) åtföljs av en stjärna med låg massa en så kallad brun dvärg. 

De stora mängder av strålning   från pulsaren bidrar till avdunstning av följeslagaren (den bruna dvärgen) som därmed får en allt mindre massa. Massan i dag har uppmätts till mellan 0,018 och 0,036 solmassor beräknat utifrån från vår sols massa (vilket är lågt även för en brun dvärg). Svarta änkan-pulsarer (det finns ett flertal som getts detta epitet) har fått sitt namn från svarta änkan spindlar vars honor äter männen efter parningen. Svarta änka-pulsarer erbjuder värdefulla möjligheter till att undersöka egenskaperna hos följeslagaren då en sådan är under intensiv bestrålning.

I studien fann forskarna att emissionen av PSR J1720-0533 under förmörkelsens ingång då den bruna dvärgen vid passagen framför denna visar kvasi-periodisk modulering, som troligen orsakas av plasmalinser. Plasmalinsning är fenomenet med strålning som färdas längs böjda banor orsakade av den variabla elektrontätheten över skyn.

 

Genom att analysera linsfenomenet drog forskarna slutsatsen att den maximala förstoringen av linsen är 1,6, vilket motsvarar en linsstorlek på tiotals kilometer. Upptäckten av plasmalinsfenomenet i PSR J1720-0533 visar ett samband mellan dispersionsmätningen och linsningen. Dessutom undersökte forskarna polariseringsprofilerna vid förmörkelsen av PSR J1720-0533 och fann att den linjära polariseringen från emissionen försvann innan dispersionsmätningen visade någon betydande förändring. Fenomenet ger starka bevis för att det finns ett betydande magnetfält i följeslagaren (den bruna dvärgen).

Resultatet tyder på att detta magnetfält spelar en viktig roll i den förmörkande mekanismen som man kan se från svarta änkepulsarer.

 

Dessutom uppskattade forskarna att följeslagarens massförlustgrad var av den storleksordningen att följeslagaren (den bruna dvärgen) kommer att utplånas helt om ca 1000 år.

 

Bild vikipedia. Principiell funktionsskiss av en pulsar. Strålningen lämnar kroppen i två smala knippen som sveper genom universum. Gå  in på vikipedia och tryck på bilden där i övre högre hörnet och se en mycket intressant film från NASA på fenomenet som visar hur en pulsar fungerar (min anm.). Länken är denna. https://sv.wikipedia.org/wiki/Pulsar

Mystiska skeenden i universum del 1. Därute består 99,9 % av materian av plasma

 

Det mesta av materia vi kan se i universum är i plasmatillstånd. Planeterna och andra fasta kroppar som asteroider och meteoroider utgör undantaget. Men vi behöver enbart komma ca 80-100 km upp i jordens atmosfär för att komma in i jonosfären. Denna har fått sitt namn av att luften där joniseras till plasma på grund av solens infallande UV-strålning.

Som vi vet är solsystemet genomkorsat av solvinden. Solvinden är även den plasma som ständigt strömmar ut från solen. Solen själv är också i huvudsak bestående av plasma. Rymden mellan stjärnorna och mellan galaxerna är inte heller den helt tom. Det så kallade interstellära mediet är i huvudsak i plasmatillstånd med undantag av damm, en och annan asteroid och stora molekylära moln av neutral gas vilka består av materia som vi känner den.

Ser vi på jorden är materia här vanligtvis i ett av tre tillstånd: fast, flytande eller gas. Men i rymden är 99,9% av materian plasma (vi ska inte dra in den mörka materian här det är något helt annat). 

Plasma består av fria joner och elektroner vilket innebär att den är i ett överladdat tillstånd bortom gas som skapats när materia värmts upp till extrema temperaturer eller har påverkats av en stark elektromagnetism.

Även om vi sällan interagerar med plasma ser vi den hela tiden. Alla stjärnor på natthimlen inklusive solen består till största delen av plasma. Det förekommer även på jorden i form av blixtar vid åskväder och finns även i neonskyltar (neon).

I jämförelse med gas vilket är enskilda partiklar som kaotiskt rör sig åt alla riktningar kan plasma  fungera kollektivt som ett team med en kurs. Plasma leder både elektricitet och påverkas av elektromagnetiska fält (något gas inte gör). Plasma reagerar under samma kraft som håller magneter kvar på ett kylskåp. Detta fält kan kontrollera rörelserna hos laddade partiklar i plasman och skapa vågor som accelererar partiklarna till enorma hastigheter. (kanske vi en gång kan använda denna kraft för snabba resor i rymden (min anm.).

Rymden är full av osynliga magnetfält som formar plasmans vägar. Runt jorden gör samma slag av magnetfält att kompasser pekar norrut. På solen avfyrar magnetfält solstormar och ger utkast av plasma (solvind). När solvinden når jorden kan dess energirika processer ex visas  som norrsken och om de är mycket starka skada satelliter och telekommunikationen.

Bild pxhere.com

Voyager 1 har hört hummanden från plasma därute lyssna och fundera på universums ljud.

 

Voyager 1 är en av två obemannade rymdsonder i Voyagerprogrammet som skickades upp i rymden av Nasa den 5 september 1977. Fortfarande i drift långt utanför vårt solsystem på väg mot okända mål med en hälsning till eventuella okända upphittare från mänskligheten om kanske eoner år eller aldrig.

Voyager 1 är den ena av två. Voyager 2 är den andra som NASA sköt upp för 44 år sedan och efter passage förbi Jupiter och Saturnus är nu Voyager 1 det mest avlägsna människotillverkade objektet i rymden vilket ännu fungerar och sänder information tillbaka. Samma sak men ännu inte lika långt ut i rymden sveper Voyager 2 båda har en hälsning med sig till eventuella upphittare därute. 

 

Voyager 1 som det handlar om här har för länge sedan susat förbi solsystemets yttersta kant och genom heliopausen – solsystemets gräns mot interstellära rymden och finns nu i det interstellära mediet. Nu har dess instrument upptäckt det konstanta ljudet av interstellär gas (plasmavågor), enligt Cornell-ledd forskning publicerad 10 maj i Nature Astronomy.

 

Stella Koch Ocker, doktorand i astronomi harupptäckt utsläppsljudet genom att undersöka data som långsamt skickas tillbaka 14 miljarder mil bort. "Det är väldigt svagt och monotont ljud eftersom det är i ett smalt frekvensbandbredd", säger Ocker. "Vi upptäckte det svaga, ihållande surret av interstellär gas." Detta arbete gör det möjligt för forskare att förstå hur det interstellära mediet interagerar med solvinden, säger Ocker och även hur solsystemets skyddande bubbla formas och modifieras i den interstellära miljön”. Lyssna på ljudet här https://www.youtube.com/watch?v=0dSlb3as9J0

Bild på farkosten och mänsklighetens hälsning ut i det okända som både Voyager 1 och 2 har med sig ut i det okända med information om oss och var vi finns. Vissa anser detta var att utmana ödet att utåt berätta att vi finns och var, till okända eventuella upphittare därute.