Международная команда исследователей изучила особые ударные волны в космосе, которые не зависят от столкновений. Эти волны, встречающиеся по всей Вселенной, являются мощными природными ускорителями частиц и играют ключевую роль в формировании космических лучей — частиц с чрезвычайно высокой энергией, пересекающих огромные космические расстояния. Работа опубликована в журнале Nature Communications (NatCom).
Ключевым аспектом исследования стало решение проблемы так называемого «впрыска» электронов. Этот термин описывает процесс, в ходе которого частицы получают начальную энергию для дальнейшего ускорения и достигают экстремальных скоростей. До сих пор было неясно, как электроны это делают.
Наблюдения показали, что в зоне предударного фронта Земли, где солнечный ветер взаимодействует с магнитосферой планеты, электроны достигли рекордно высоких уровней энергии, превышающих 500 кэВ. Обычно их энергия составляет около 1 кэВ. Ученые выяснили, что такая энергия достигается благодаря взаимодействию электронов с плазменными волнами и ударной волной Земли.
По мнению исследователей, их работа подчеркивает, что только сочетание различных процессов позволяет эффективно ускорять частицы. Эти механизмы могут быть универсальными и встречаться не только в Солнечной системе, но и в далеких астрофизических объектах, таких как остатки сверхновых, активные галактические ядра и молодые звездные системы.
По словам одного из авторов работы, доктора Ахмада Лалти из Университета Нортумбрии, наша околоземная плазменная среда является уникальной лабораторией для изучения процессов, которые происходят по всей Вселенной.
«Нам удалось понять, как фундаментальные процессы, такие как взаимодействие волн и частиц, объединяются, чтобы ускорить электроны до релятивистских энергий. Эти механизмы универсальны и помогут лучше понять, как частицы достигают космических энергий на расстояниях в тысячи световых лет», — отметил ученый.
