Uyduları, astronotları ve uçakları tehlikeye atan yüksek enerjili parçacıklar nereden geliyor?

Bilim adamları onlarca yıldır uzaydaki hava durumuyla ilgili can sıkıcı bir sorunu çözmeye çalışıyorlar: Öngörülemeyen zamanlarda, yüksek enerjili parçacıklar Dünya’yı ve Dünya atmosferinin dışındaki nesneleri astronotların hayatlarını tehlikeye atabilecek ve uyduların elektroniklerini bozabilecek radyasyonla bombalıyor. teçhizat. Bu alevlenmeler, Kuzey Kutbu üzerinden uçan uçaklardaki yolculara ulaşacak kadar güçlü radyasyon yağmurlarını bile tetikleyebilir. Bilim adamlarının en iyi çabalarına rağmen, alevlenmelerin nasıl ve ne zaman meydana geleceğine dair net bir modelin tespit edilmesi sürekli olarak zor olmaya devam ediyor.

Bu hafta bir gazetede Astrofizik Dergi Mektupları, Columbia Astronomi Bölümü ve Astrofizik Laboratuvarı’ndan yazarlar Luca Comisso ve Lorenzo Sironi, güneş atmosferinde olduğu gibi çalkantılı ortamlarda yüksek enerjili parçacıkların ne zaman ve nasıl doğduğunu simüle etmek için süper bilgisayarlar kullandılar. Bu yeni araştırma, bu parçacıkların tehlikeli patlamalarının ne zaman gerçekleşeceğine dair daha doğru tahminlerin yolunu açıyor.

Comisso, “Bu heyecan verici yeni araştırma, güneş enerjisiyle çalışan parçacıkların kökenini daha iyi tahmin etmemize ve uzay hava olaylarının tahmin modellerini geliştirmemize, NASA’nın ve diğer uzay ajanslarının ve dünya çapındaki hükümetlerin temel bir hedefidir.” Dedi. Önümüzdeki birkaç yıl içinde, NASA’nın güneşe en yakın uzay aracı olan Parker Solar Probe’unun, güneşin dış atmosferinde üretilen yüksek enerjili parçacıkların tahmin edilen dağılımını doğrudan gözlemleyerek kağıdın bulgularını doğrulayabileceğini ekledi.

Comisso ve Sironi, “Tam Kinetik Plazma Türbülansında İyon ve Elektron İvmesi” adlı makalelerinde, güneşin dış atmosferindeki manyetik alanların iyonları ve elektronları ışık hızına yakın hızlara kadar hızlandırabildiğini gösteriyor. Güneş ve diğer yıldızların dış atmosferi, sıvı, gaz ve katı hallerden farklı, oldukça çalkantılı bir durum olan plazma halindeki parçacıklardan oluşur. Bilim adamları uzun zamandır güneş plazmasının yüksek enerjili parçacıklar ürettiğine inanıyorlardı. Ancak plazmadaki parçacıklar o kadar kararsız ve öngörülemez bir şekilde hareket eder ki, şimdiye kadar bunun nasıl ve ne zaman meydana geldiğini tam olarak gösterememişlerdir.

Comisso ve Sironi, Columbia, NASA ve Ulusal Enerji Araştırma Bilimsel Bilgi İşlem Merkezi’ndeki süper bilgisayarları kullanarak güneş plazmasındaki elektronların ve iyonların tam hareketlerini gösteren bilgisayar simülasyonları yarattı. Bu simülasyonlar, güneş üzerindeki atmosferik koşulları taklit eder ve yüksek enerjili parçacıkların nasıl ve ne zaman oluşacağına dair bugüne kadar toplanan en kapsamlı verileri sağlar.

Araştırma, bilim adamlarının en az 70 yıldır araştırdıkları sorulara yanıtlar sağlıyor: 1949’da fizikçi Enrico Fermi, uzaydaki manyetik alanları, yüksek enerjili parçacıkların (kozmik ışınlar olarak adlandırdığı) potansiyel bir kaynağı olarak araştırmaya başladı. Dünya atmosferine girdiği gözlemlendi. O zamandan beri bilim adamları, güneş plazmasının bu parçacıkların ana kaynağı olduğundan şüpheleniyorlar, ancak bunu kesin olarak kanıtlamak zor oldu.

NASA ve Ulusal Bilim Vakfı’nın desteğiyle yürütülen Comisso ve Sironi’nin araştırması, kendi güneş sistemimizin çok ötesinde etkilere sahip. Evrendeki gözlemlenebilir maddenin büyük çoğunluğu plazma halindedir. Plazmayı oluşturan parçacıkların bazılarının yüksek enerji seviyelerine nasıl hızlandırılabileceğini anlamak, önemli bir yeni araştırma alanıdır, çünkü enerjik parçacıklar sadece güneşin etrafında değil, aynı zamanda kara delikler ve kara deliklerin çevresi de dahil olmak üzere evrendeki diğer ortamlarda da rutin olarak gözlemlenir. nötron yıldızları.

Comisso ve Sironi’nin yeni makalesi güneşe odaklanırken, uzak yıldızların, kara deliklerin ve evrendeki diğer varlıkların nasıl ve ne zaman kendi enerji patlamalarını üreteceğini anlamak için başka bağlamlarda daha fazla simülasyon çalıştırılabilir.

Comisso, “Sonuçlarımız güneşe odaklanıyor, ancak daha uzak yıldızlarda ve karadeliklerin çevresinde yüksek enerjili parçacıkların nasıl üretildiğini daha iyi anlamak için bir başlangıç ​​noktası olarak da görülebilir.” Dedi. “Süper bilgisayar simülasyonlarının bize bu parçacıkların evrende nasıl doğduğu hakkında neler söyleyebileceğinin yalnızca yüzeyini kazıdık.”