Открыт механизм ускорения электронов до экстремальных скоростей

Ученые приблизились к пониманию, как ударные волны без столкновений — природные ускорители частиц — разгоняют их до экстремальных скоростей. Эти явления играют ключевую роль в создании космических лучей — частиц, пересекающих огромные расстояния в космосе.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, сочетает данные спутников НАСА (MMS и THEMIS/ARTEMIS) с теоретическими достижениями. Работа, возглавляемая доктором Саввасом Раптисом из Университета Джонса Хопкинса и доктором Ахмадом Лалти из Университета Нортумбрии, предлагает новую модель ускорения электронов в условиях таких ударных волн.

На протяжении десятилетий ученые пытались выяснить, как электроны достигают релятивистских энергий. Основной механизм, объясняющий это, известен как ускорение Ферми (или диффузное ударное ускорение). Однако он требует начальной энергии, что оставляло вопрос о способах достижения этой энергии без ответа. Новое исследование решает эту задачу.

Событие, зафиксированное 17 декабря 2017 года, показало, как электроны в области предударного воздействия Земли достигли энергий более 500 кэВ, хотя обычно их энергия составляет около 1 кэВ. Наблюдения показали, что ускорение было вызвано взаимодействием множества механизмов, включая взаимодействие электронов с плазменными волнами и временными структурами в околоземной среде.

Результаты исследования предоставляют уникальное понимание работы ударных волн и процессов передачи энергии во Вселенной. Исследователи отмечают, что аналогичные механизмы могут быть ключевыми для формирования космических лучей в других астрофизических структурах, таких как остатки сверхновых и активные галактические ядра.

Доктор Раптис подчеркивает важность объединения различных масштабов исследований, чтобы понять природу процессов. А доктор Лалти добавляет, что такие работы открывают пути для глубокого изучения ускорения частиц не только в Солнечной системе, но и за её пределами.