Взрыв сверхновой умирающей звезды создает массивные ударные волны, которые распространяются через окружающее пространство, ускоряя ионы на своем пути до очень высоких энергий, создавая ГКЛ. То, как тяжелые ионы возбуждаются и ускоряются, важно, потому что они влияют на перераспределение массы во Вселенной и необходимы для образования еще более тяжелых и химически сложных элементов. Они также влияют на то, как мы воспринимаем астрофизические структуры.
"Считается, что тяжелые ионы нечувствительны к падающей ударной волне, потому что их меньше, а энергия удара в подавляющем большинстве расходуется на протоны. «Представьте, что стоите на пляже, пока волны перемещают песок под вашими ногами, а вы остаетесь на месте», – сказал доктор SwRI.
Хади Маданян, ведущий автор статьи об этом исследовании, опубликованной в Astrophysical Journal Letters. "Однако это классическое представление о том, как тяжелые ионы ведут себя в условиях ударной волны, не всегда то, что мы видели в наблюдениях за околоземным космическим пространством с высоким разрешением с помощью MMS."
Ударные явления происходят и в околоземной среде. Магнитное поле Солнца переносится через межпланетное пространство сверхзвуковым потоком солнечного ветра, который блокируется и отклоняется магнитосферой Земли, защитным пузырем вокруг нашей родной планеты. Эта область взаимодействия называется головной ударной волной из-за ее изогнутой формы, сравнимой с головными волнами, возникающими при движении лодки по воде.
Ударная волна Земли формируется в гораздо меньшем масштабе, чем ударная волна от сверхновой. Однако временами условия этого небольшого толчка напоминают условия остатков сверхновой. Команда использовала измерения на месте с высоким разрешением, полученные с космического корабля MMS на головной скачке уплотнения, чтобы изучить, как ускоряются тяжелые ионы.
«Мы наблюдали интенсивное усиление магнитного поля вблизи головной ударной волны, известное свойство, связанное с сильными ударами, такими как остатки сверхновой. Затем мы проанализировали, как различные виды ионов вели себя, когда сталкивались с ударной волной », – сказал Маданян. «Мы обнаружили, что эти усиленные поля значительно изменяют траекторию тяжелых ионов, перенаправляя их в зону ускорения ударной волны."
Хотя такое поведение не ожидалось для тяжелых ионов, команда обнаружила прямые доказательства этого процесса в альфа-частицах, ионах гелия, которые в четыре раза массивнее протонов и имеют в два раза больший заряд.
"Превосходное разрешение наблюдений MMS дало нам гораздо более четкое представление о том, как ударная волна возбуждает тяжелые элементы. Мы сможем использовать это новое понимание для улучшения наших компьютерных моделей ускорения космических лучей при астрофизических толчках », – сказал Дэвид Берджесс, профессор математики и астрономии Лондонского университета королевы Марии и соавтор статьи. "Новые открытия имеют важное значение для состава космических лучей и наблюдаемых спектров излучения от астрофизических структур."