Вчені з Німецького науково-дослідного центру геонаук імені Гельмгольца (GFZ) довели, що магнітосфера працює як дуже ефективний прискорювач частинок, розганяючи електрони до так званих ультрарелятивістських енергій і сповільнюючи для них час.
Дослідження опубліковане в журналі Nature Communications, а коротко його описує Eurek Alert. Воно показує, що в небі фактично існує гігантський прискорювач, в якому електрони локально нагріваються до надзвичайно високих енергій в радіаційних поясах Ван Аллена.
Вчені пишуть, що магнітне поле Землі захоплює частинки високої енергії. Це явище було виявлено, коли перші супутники були запущені в космос. У той час команда на чолі з Джеймсом Ван Алленом несподівано виявила області випромінювання частинок високої енергії, які пізніше були названі у його честь. Візуально вони виглядають як два “пончика”, що оточують нашу планету.
Нове дослідження доводить, що електрони в таких радіаційних поясах можуть локально прискорюватися до дуже високих швидкостей. Це означає, що магнітосфера працює як дуже потужний і ефективний прискорювач частинок. Вона розганяє електрони до ультрарелятивістських енергій. З’ясувати це вдалося завдяки космічному апарату американського агентства NASA. Він був запущений в 2012 році.
Недавні спостереження показали, що енергія електронів в зазначених радіаційних поясах може досягати ультрарелятивістських енергій. Електрони з температурою вище 37 мільярдів градусів за Цельсієм рухаються так швидко, що енергія їх руху набагато перевищує задану формулою Ейнштейна енергію спокою. Вони настільки швидкі, що протягом часу для цих частинок значно сповільнюється, відзначають вчені.
Крім того, дослідники зізнаються, що вони були дуже здивовані, виявивши ці ультрарелятивістські електрони. Вони припустили, що такої високої енергії можна досягти тільки за допомогою комбінації двох процесів: внутрішнього перенесення частинок із зовнішніх областей магнітосфери, який прискорює їх, і локального прискорення частинок плазмовими хвилями.
Однак їх дослідження показує, що електрони досягають таких неймовірних енергій локально, причому відбувається це в самому центрі поясів. По суті, вони забирають всю цю енергію з плазмових хвиль, що робить сам процес надзвичайно ефективним.
Автори роботи вважають, що їх відкриття допоможе вченим зрозуміти фундаментальні процеси прискорення частинок на Сонці, поблизу зовнішніх планет і навіть у віддалених куточках Всесвіту.