Bilim insanları kozmik ışınlara ilişkin anlayışımızda devrim yaratan yeni bir plazma kararsızlığı keşfettiler. Bu buluş, kozmik ışınların plazmada elektromanyetik dalgalar üreterek yollarını etkilediğini ortaya koyuyor. Kozmik ışınların, su molekülleri tarafından oluşturulan dalgalara benzeyen bu kolektif davranışı, önceki teorilere meydan okuyor ve galaksilerdeki kozmik ışın taşınmasına ve bunların galaktik evrimdeki rolüne dair içgörüler vaat ediyor. Kredi bilgileri: SciTechDaily.com
Leibniz Potsdam Astrofizik Enstitüsü’nden (AIP) bilim adamları yeni bir şey keşfettiler plazma Kozmik ışınların kökenine ve galaksiler üzerindeki dinamik etkilerine dair anlayışımızda devrim yaratmayı vaat eden istikrarsızlık.
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” uzaydan gelen ve ışık hızına yakın uçan yüklü parçacıklardan oluştuğu belirlendi. radyasyon. Ancak “kozmik ışınlar” ismi bu bulgulardan daha uzun süre dayandı.
Kozmik Işın Araştırmalarındaki Son Gelişmeler
Yeni çalışmada, AIP’deki bilim adamları ve bu çalışmanın ana yazarı Dr. Mohamad Shalaby ve işbirlikçileri, birçok kozmik ışın parçacığının yörüngelerini takip etmek ve bunların elektronlardan ve elektronlardan oluşan çevredeki plazma ile nasıl etkileşime girdiğini incelemek için sayısal simülasyonlar gerçekleştirdiler. protonlar.
Arka plandaki plazmaya karşı ters akış yapan ve plazma kararsızlığını tetikleyen kozmik ışınların simülasyonu. Parçacık konumu (yatay eksen) ve hız (dikey eksen) tarafından kapsanan faz uzayında akan kozmik ışınlara yanıt veren arka plan parçacıklarının dağılımı gösterilmektedir. Renkler sayı yoğunluğunu görselleştirir ve faz alanı delikleri, sıralı hareketleri rastgele hareketlere dağıtan kararsızlığın son derece dinamik doğasının tezahürleridir. Kredi bilgileri: Shalaby/AIP
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.
Kozmik Işınları Kollektif Olaylar Olarak Anlamak
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 bölümü 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. .
Protonların (kesikli çizgiler) ve elektronların (düz çizgiler) momentumlarının dağılımı. Gösterilen, daha yavaş hareket eden bir şokta elektronların yüksek enerjili kuyruğunun ortaya çıkışıdır. Bu, daha hızlı bir şokta (siyah) bulunmayan, yeni keşfedilen plazma kararsızlığının (kırmızı) neden olduğu elektromanyetik dalgalarla etkileşimlerin sonucudur. Yalnızca yüksek enerjili elektronlar gözlemlenebilir radyo emisyonu ürettiğinden, bu, hızlanma sürecinin fiziğini anlamanın önemini göstermektedir. Kredi bilgileri: Shalaby/AIP
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 gerçekleşti” diye açıklıyor.
Etkiler ve Uygulamalar
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.
Referanslar:
Mohamad Shalaby, Timon Thomas, Christoph Pfrommer, Rouven Lemmerz ve Virginia Bresci tarafından “Orta ölçekli istikrarsızlığın fiziksel temelinin deşifre edilmesi”, 12 Aralık 2023, Plazma Fiziği Dergisi.
DOI: 10.1017/S0022377823001289
Mohamad Shalaby, Rouven Lemmerz, Timon Thomas, Christoph Pfrommer, 4 Mayıs 2022, “Paralel göreceli olmayan şoklarda etkili elektron ivmesinin mekanizması”, Astrofizik > Yüksek Enerjili Astrofizik Olaylar.
arXiv:2202.05288
Mohamad Shalaby, Timon Thomas ve Christoph Pfrommer tarafından yazılan “Yeni Bir Kozmik Işın Odaklı İstikrarsızlık”, 24 Şubat 2021, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/abd02d