Добавь сайт в закладки! Инструкция по ссылке.
Космические лучи (высокоэнергетические частицы из космоса) влияют на некоторые из самых экстремальных явлений во Вселенной, но что именно придаёт этим частицам столь высокую энергию, остаётся одной из величайших загадок астрофизики.
Многие годы учёные пытаются понять природу космических лучей — крошечных, быстродвижущихся частиц, которые непрерывно пронизывают космос и бомбардируют Землю.
Эти высокоэнергетические частицы связаны с мощными космическими событиями, как взрывы звёзд (сверхновые) и процессы в окрестностях чёрных дыр. Кроме того, они играют роль в химии атмосферы, могут вызывать сбои в электронных системах и представляют опасность для астронавтов и космических аппаратов.
Однако изучение космических лучей сопряжено с трудностями, в частности потому, что до сих пор неясно, как именно эти частицы приобретают свои высокие энергии. Недавний эксперимент, проведённый исследователями из Научно-технического университета Китая (НТУК, в г. Хэфэй), направлен на разгадку этой тайны.
Во время эксперимента учёные напрямую наблюдали, как ионы (заряженные частицы) набирают энергию, отражаясь от намагниченных ударных волн. Это первое в своём роде наблюдение раскрывает ключевой процесс, который, возможно, лежит в основе ускорения космических лучей по всей Вселенной.Большой взрыв под сомнением – Новая теория объясняет Вселенную без тёмной материи
Ударно-дрейфовое ускорение и ударно-серфинговое
Для объяснения механизма, придающего космическим лучам высокие энергии, учёные в настоящее время опираются на две основные теории.
- Первая — это ударно-дрейфовое ускорение (УДУ, Shock Drift Acceleration, SDA). Она предполагает, что частицы получают энергию, скользя вдоль магнитных полей на краю ударной волны, подобно серферу, скользящему по склону волны. При движении через электрическое и магнитное поля ударной волны частицы получают приращение скорости.
- Вторая теория, называемая ударно-серфинговым ускорением (УСУ, Shock Surfing Acceleration, SSA), гласит, что частицы захватываются прямо на фронте ударной волны, словно серфер на гребне волны. Электрическое поле на фронте ударной волны толкает их вперёд, сообщая им резкий импульс энергии.
Однако до сих пор не было экспериментальных доказательств преобладания одной из этих теорий. Чтобы разобраться в этом вопросе, команда НТУК применила новаторский подход.
Используя мощную лазерную установку Shenguang-II, они создали в лаборатории миниатюрную среду, имитирующую условия космоса, и наблюдали за мощными ударными волнами. И вот что они обнаружили:
Наблюдение за аналогами космических лучей
Метод включал создание намагниченной плазмы (ионизированного газа, подобного существующему в космосе).
Затем они направили в эту намагниченную плазму другой поток плазмы со скоростью, превышающей 400 километров в секунду (240 миль в секунду). Это столкновение породило ударные волны, аналогичные мощным ударным фронтам, генерируемым взрывающимися звёздами (сверхновыми) во Вселенной.
Затем исследователи применили передовые средства диагностики, которые позволили им наблюдать за поведением ионов во время этого взаимодействия. Они засвидетельствовали, как поток ионов ускоряется до значительных скоростей — от 1100 до 1800 км в секунду.
Это было существенно быстрее скорости самой первоначальной ударной волны, что ясно указывало на то, что ионы набирали энергию, отражаясь от фронта ударной волны.
Далее, проведя компьютерное моделирование, команда подтвердила, что этот прирост энергии был в первую очередь обусловлен электрическими и магнитными полями, связанными с ударной волной, — явный признак ударно-дрейфового ускорения (УДУ).
«Наше моделирование воспроизвело прирост энергии и показало, что ионы ускорялись в основном за счёт движущегося электрического поля во время отражения. Результаты указывают на ударно-дрейфовое ускорение как на доминирующий механизм передачи энергии ионам, что согласуется со спутниковыми наблюдениями в районе головной ударной волны Земли (область взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой планеты)», — отмечают авторы исследования.
Этот эксперимент не только помогает разрешить давний спор в астрофизике, но и предоставляет интересную платформу для изучения динамики высокоэнергетических частиц в контролируемых условиях.
Остаётся надеяться, что будущие исследования, опираясь на эти результаты, раскроют и другие тайны, связанные с физикой элементарных частиц и космологией.
Поделись видео:
