Cluster gir ny kunnskap om rommets egne partikkelakseleratorer

Astrophysical shocks are a diverse collection
29 november 2011

Data fra ESAs magnetfeltsatellitter Cluster viser at rommets egne partikkelakseleratorer får opp farten på partiklene på liknende måte som akseleratorer på jorda. Disse forskningsresultatene fra jordas nærmiljø kan forklare prosesser som finnes flere steder i universet.

Kosmisk stråling finnes over alt i universet og kommer fra flere ulike kilder:

For eksempel når en utbrent stjerne eksploderer og slynger massen sin ut i rommet, når en ung stjerne tennes, eller når et svart hull suger til seg masse og danner den karakteristiske spiralformete virvelen rundt seg selv.

I de kosmiske strålene får elementærpartikler en fart opp mot lysets hastighet. Men i begynnelsen går partiklene mye saktere. Hvordan får de opp farten?

Akselerer partikler som i CERN

Cluster spacecraft encounter Earth's bow shock.

Nå viser ESAs satellitter Cluster at partiklene i kosmisk stråling får opp farten i mindre områder før de skytes ut i større stråler, på samme måte som i CERN.

Den store partikkelakseleratoren i CERN, Large Hadron Collider, bruker en rekke små akseleratorer for å få fart på partiklene.

Deretter føres partiklene inn i hovedakseleratoren, en ring med 27 kilometers omkrets, for å få enda mer fart, og for å kollideres.

I sjokkfronten mellom jorda og sola

Et fly som flyr raskere enn lydens hastighet kolliderer hele tiden med atmosfæren før luften kan strømme unna. Det skaper en sjokkfront foran flyet, som lager et høyt drønn.

Slike sjokkfronter dannes også av kosmisk stråling i universet, i områder der partikler som beveger seg raskt støter på en hindring eller en motsatt rettet strøm av partikler. Det er i slike sjokkfronter partiklene i kosmisk stråling får så stor fart.

Sola er vår nærmeste kilde til kosmisk stråling. Den sender hele tiden ut solvinden, en strøm av elektrisk ladde partikler som beveger seg raskt utover i hele solsystemet.

Der denne partikkelstrømmen treffer jordas magnetfelt, dannes sjokkfronter rundt hele planeten vår. Det er også slik nordlyset oppstår.

Elektronene fikk fart på seg

De fire satellittene i Cluster undersøker jordas magnetfelt og prosessene der. Den 9. januar 2005 passerte Cluster gjennom en sjokkfront høyt over jorda.

De fire spinnende satellittene fløy i omtrent perfekt vinkel til sjokkfronten. Dermed kunne de måle det som skjedde med elektronene i tidsperioder på 250 millisekund og mindre.

Målingene viser at elektronene i sjokkfronten økte raskt i temperatur. Det gjorde forholdene gode for ytterligere akselerasjon i større skala.

Bare 17 kilometer tykk

Forskerne har lenge trodd at dette skjedde i sjokkfronter i rommet, men størrelsen på lagene og detaljene i prosessen har vært uklare.

Steven J. Schwartz ved Imperial College i London, og hans kolleger, brukte data fra Cluster for å beregne tykkelsen av sjokkfronten der partiklene ble akselerert.

Tykkelsen er viktig, fordi jo tynner sjokkfronten er, jo lettere kan den akselerere partikler.

-Ved hjelp av Clusters målinger fant vi ut at sjokkfronten er så tynn som den overhodet kan være, sier Schwartz til ESAs nettsider.

Tynn betyr i dette tilfellet rundt 17 kilometer bred. Tidligere antakelser hadde beregnet bredden av sjokkfronter over jorda til ikke mer enn 100 kilometer.

Det er første gang forskerne har kunnet undersøke akselerasjonsmekanismen for partiklene i kosmiske stråler i så høy detalj.

Gjelder for hele universet

Dataene fra Cluster viser at smale sjokkfronter kan være vitale for å sparke i gang akselerasjonen i kosmiske stråler.

Det er kanskje ikke den eneste måten å få opp farten til partiklene, men det er definitivt en måte å gjøre det på.

De nye forskningsresultatene viser at “den svarte boksen” som akselerer partiklene i kosmiske stråler ikke er spesielt bred.

-Igjen har Cluster gitt oss klar innsikt i fysiske prosesser som gjelder for hele universet, sier Matt Taylor, ESAs forsker på Cluster-prosjektet.

Klikk for mer informasjon:

Mer informasjon

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.