Yeni model güneş fırtınası parçacıklarının hızlanmasını ve kaçışını öngörüyor

Esas olarak hidrojen ve helyumdan oluşan kavurucu sıcak bir gaz küresi olan Güneş, yüzeyinde ve atmosferinin en dış katmanında 10.000 ila 3,6 milyon Fahrenheit arasında değişen yüzey ve dış atmosfer sıcaklıklarına sahiptir. Bu yoğun ısı, güneşin sürekli olarak yüklü atomaltı parçacıklardan (çoğunlukla protonlar ve elektronlar) oluşan bir plazma akışı yaymasına neden olur. Önemli bir enerjiye sahip olan bu parçacıklar, güneşin çekim kuvvetinden kaçarak güneş rüzgarı olarak uzaya doğru sürüklenirler. Yüklü parçacıkların güneşten gelen diğer geçici enerji patlamalarıyla nasıl etkileşime girdiğini anlamak, bilim adamlarının süpernova patlamalarında yayılan kozmik ışınları incelemesine yardımcı olabilir.

Michigan Eyalet Üniversitesi’nde astronomi yüksek lisans öğrencisi olan Thomas Do, bir makale yayınladı. kağıt Önceki modellere göre parçacıkların daha geniş bir koşullar ağı altında nasıl hızlandığını tahmin etmek. Onun modeli, uzaydaki teknolojiyi etkileyen güneş fırtınalarına uygulanabilir.

Do, üç yıl önce Massachusetts’teki Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi’nde bir lisans araştırma projesi sırasında yüklü parçacıklar üzerinde çalışmaya başladı. Araştırması, yüklü parçacıkların güneşten gelen güçlü kütle püskürmeleri tarafından sürüklendiklerinde nasıl hızlandığını aydınlatmayı amaçladı. Bu patlamalara koronal kütle püskürmeleri adı veriliyor ve yeterince hızlı olduklarında şok dalgaları yaratabiliyorlar.

Do, “Güneşten uçtukça yol boyunca yüklü parçacıklarla etkileşime giriyorlar. Bu etkileşimler sırasında parçacıklar şok dalgasından enerji kazanıyor” dedi.

Parçacıklar enerji kazandıkça uzaya ve Dünya’ya doğru gittikçe daha hızlı fırlıyorlar. Bazen parçacıklar o kadar hız kazanırlar ki, şok dalgasının tepesini geçerek arkasından kozmosa doğru kaçarlar.

Do, yüklü parçacıkların nasıl kaçtığını anlamak için Astrofizik Merkezi’nde astrofizikçi olan Federico Fraschetti tarafından 2021’de geliştirilen bir modeli genişletti. Fraschetti ve Do’nun güncellenmiş modeli, önceki modellere göre parçacıkların daha geniş bir enerji aralığı altında nasıl hızlandığını ve kaçtığını tahmin ediyor. Özellikle onların modeli, parçacıkların hızlanan bölgesinden daha yüksek ve daha düşük enerji aralıklarında kaçışını açıklamaktadır. Fraschetti bunun önemli olduğunu söyledi, çünkü daha önce yalnızca yüksek enerjili parçacıkların bir şok dalgasından kurtulabileceği düşünülüyordu.

Bilim adamlarının yüklü parçacıklar hakkında tahminlerde bulunmak için kullandıkları önceki model (yaklaşık 50 yıl önce geliştirildi) düşük enerjili parçacıkları içermiyordu. Ekip, güncellenmiş modelinde çoklu enerji seviyelerini kullanarak, parçacıkların zaman içinde nasıl hızlandığını ve her enerji seviyesinde kaç tane parçacığın kaçtığını tahmin eden bir dizi denklem oluşturdu.

Do, “Daha fazla parçacığın kaçmasına izin vermeye çalışıyoruz çünkü bunun fiziksel olarak daha gerçekçi olduğuna inanıyoruz” dedi.

Modeli genişlettikten sonra o ve Fraschetti, bunu gerçek bir güneş olayıyla karşılaştırmak istediler.

Fraschetti, bir şansa sahip olmalarının an meselesi olduğunu bildiklerini söyledi. Bunun nedeni, güneşin 11 yıllık döngüsünde güneş aktivitesinin en yüksek olduğu dönemde güneş maksimumuna ulaşmasıdır. Solar maksimum sırasında, şok dalgaları oluşturmak için gereken devasa patlamalar daha sık ve daha yoğun oluyor.

Ekibin böyle bir etkinlik için uzun süre beklemesine gerek kalmadı. 5 Eylül 2022’de, NASA’nın Parker Güneş Sondası yıldıza en yakın dalışlarından birini yaparken, güneş uzaya büyük miktarda enerji püskürttü. Sonda, patlamanın şok dalgası ona çarptığında parçacık hızı ve sıcaklığı gibi verileri kaydetti.

Fraschetti, “Eylül 2022’de bu sürecin başlangıcını görebildiğimiz için çok şanslıydık” dedi. “Bu, Parker Solar Probe’un ölçmek için tasarlandığı olaylardan biri.”

Modellerinin tahmininin Parker Solar Probe’un bildirdiğiyle eşleştiğini buldular: parçacık hızlanması ve çeşitli enerji seviyelerinde kaçış. Sonda güneşe çok yakındı; ölçek açısından, eğer Dünya ile güneş birbirinden bir metre uzakta olsaydı, sonda yalnızca yaklaşık 7 santimetre uzakta olurdu. Bu yakınlık, içinden geçtiği parçacıkların yakın zamanda şok dalgasıyla yolları kesiştiği anlamına geliyordu; böylece ekip, henüz çok fazla hız kazanmamış parçacıklara ilişkin verileri görebiliyordu.

Fraschetti, “Model, verilerle mükemmel bir uyum gösterdi ve güneşe yakın genç şok dalgalarına ne olacağına ilişkin fiziksel beklentimizin doğru olduğunu doğruladı.” dedi. “Bu beklentiyi hiçbir zaman test etmemiştik ve bu şekilde olması da gerekmiyordu.”

Do, “Bu model, yüklü parçacıkları içeren uzay araştırmalarının diğer alanlarında da kullanılabilir” dedi.