Yeni plazma kararsızlığı kozmik ışınların doğasına ışık tutuyor

Leibniz Potsdam Astrofizik Enstitüsü’nden (AIP) bilim adamları, kozmik ışınların kökenine ve galaksiler üzerindeki dinamik etkilerine ilişkin anlayışımızda devrim yaratmayı vaat eden yeni bir plazma kararsızlığı keşfettiler.

Geçen yüzyılın başında Victor Hess, kozmik ışınlar adı verilen ve daha sonra kendisine Nobel ödülünü kazandıran yeni bir olguyu keşfetti. Dünya atmosferinin yerdeki radyoaktivite nedeniyle iyonize olmadığını bulmak için yüksek irtifada balon uçuşları gerçekleştirdi. Bunun yerine iyonlaşmanın kökeninin dünya dışı olduğunu doğruladı. Daha sonra kozmik “ışınların”, radyasyondan ziyade, ışık hızına yakın hızda uçan, uzaydan gelen yüklü parçacıklardan oluştuğu belirlendi. Ancak “kozmik ışınlar” adı bu bulguları geride bıraktı.

İçinde yeni çalışmaAIP’deki bilim adamları ve bu çalışmanın ana yazarı Dr. Mohamad Shalaby ve işbirlikçileri, birçok kozmik ışın parçacığının yörüngelerini takip etmek ve bunların elektronlar ve protonlardan oluşan çevredeki plazma ile nasıl etkileşime girdiğini incelemek için sayısal simülasyonlar gerçekleştirdiler. Kağıt ön yazdırma sunucusunda görünüyor arXiv.

Araştırmacılar simülasyonun bir tarafından diğer tarafına uçan kozmik ışınları incelediklerinde, arka plandaki plazmada elektromanyetik dalgaları harekete geçiren yeni bir olgu keşfettiler. Bu dalgalar kozmik ışınlara bir kuvvet uygulayarak onların dolambaçlı yollarını değiştirir.

En önemlisi, bu yeni fenomen, kozmik ışınların tek tek parçacıklar olarak hareket etmediğini, bunun yerine kolektif bir elektromanyetik dalgayı desteklediğini düşünürsek en iyi şekilde anlaşılabilir. Bu dalga arka plandaki temel dalgalarla etkileşime girdikçe bunlar güçlü bir şekilde güçlendirilir ve bir enerji transferi gerçekleşir.

AIP Kozmoloji ve Yüksek Enerji Astrofiziği bölümünün başkanı Profesör Christoph Pfrommer, “Bu anlayış, tıpkı Victor Hess’in başlangıçta inandığı gibi, kozmik ışınların bu bağlamda tek tek parçacıklar değil, radyasyon gibi davrandığını düşünmemize olanak tanıyor” diyor. . Bu davranışa iyi bir benzetme, bireysel su moleküllerinin kolektif olarak kıyıda kırılan bir dalga oluşturmasıdır.

Dr. Mohamad Shalaby, “Bu ilerleme yalnızca daha önce gözden kaçırılan ve plazma süreçlerini incelerken etkili hidrodinamik teorilerin kullanımını sorgulayan daha küçük ölçeklerin dikkate alınmasıyla ortaya çıktı” diye açıklıyor.

Bu yeni keşfedilen plazma kararsızlığının birçok uygulaması vardır; bunlar arasında termal yıldızlararası plazmadaki elektronların süpernova kalıntılarında nasıl yüksek enerjilere kadar hızlandırılabileceğinin ilk açıklaması da bulunmaktadır.

Mohamad Shalaby, “Yeni bulunan bu plazma kararsızlığı, hızlanma sürecine dair anlayışımızda önemli bir sıçramayı temsil ediyor ve sonunda bu süpernova kalıntılarının neden radyo ve gama ışınlarında parladığını açıklıyor” diye belirtiyor. Üstelik bu çığır açıcı keşif, kozmik ışınların galaksilerdeki taşınmasına ilişkin temel süreçlerin daha derinlemesine anlaşılmasına kapıyı açıyor; bu, galaksileri kozmik evrimleri sırasında şekillendiren süreçlere dair anlayışımızdaki en büyük gizemi temsil ediyor.