Mer än 40 år sedan de lanserades, rymdfarkosten Voyager gör fortfarande upptäckter.

I en ny studie, ett team av fysiker ledda av University of Iowa rapporterar den första upptäckten av utbrott av kosmiska strålelektroner som accelererats av stötvågor som härrör från stora utbrott på solen. Detekteringen, gjorda av instrument ombord på både Voyager 1 och Voyager 2 rymdskepp, inträffade när Voyagers fortsatte sin resa utåt genom det interstellära rymden, vilket gör dem till det första hantverket att spela in denna unika fysik i riket mellan stjärnorna.

Dessa nyupptäckta elektronskurar är som ett avancerat skydd som accelereras längs magnetfältslinjer i det interstellära mediet; elektronerna färdas med nästan ljusets hastighet, cirka 670 gånger snabbare än de stötvågor som från början drev fram dem. Utbrotten följdes av plasmavågsvängningar orsakade av lågenergielektroner som anlände till Voyagers instrument dagar senare - och slutligen, i vissa fall, själva chockvågen så lång som en månad efter det.

Stötvågorna härrörde från koronala massutkastningar, utstötningar av het gas och energi som rör sig utåt från solen med cirka en miljon miles per timme. Även i dessa hastigheter, det tar mer än ett år för chockvågorna att nå rymdfarkosten Voyager, som har färdats längre från solen (mer än 14 miljarder miles och räknande) än något mänskligt skapat föremål.

"Vad vi specifikt ser här är en viss mekanism som gör att när stötvågen först kommer i kontakt med de interstellära magnetfältlinjerna som passerar genom rymdfarkosten, den reflekterar och accelererar några av de kosmiska strålens elektroner, " säger Don Gurnett, professor emeritus i fysik och astronomi i Iowa och studiens motsvarande författare. "Vi har identifierat genom de kosmiska strålinstrumenten att dessa är elektroner som reflekterades och accelererades av interstellära chocker som fortplantade sig utåt från energiska solhändelser vid solen. Det är en ny mekanism."

Upptäckten kan hjälpa fysiker att bättre förstå dynamiken bakom chockvågor och kosmisk strålning som kommer från flare stjärnor (som kan variera i ljusstyrka kort på grund av våldsam aktivitet på deras yta) och exploderande stjärnor. Fysiken hos sådana fenomen skulle vara viktig att tänka på när man skickar astronauter på långa mån- eller marsutflykter, till exempel, under vilken de skulle exponeras för koncentrationer av kosmisk strålning som vida överstiger vad vi upplever på jorden.

Fysikerna tror att dessa elektroner i det interstellära mediet reflekteras av ett förstärkt magnetfält vid kanten av stötvågen och accelereras därefter av stötvågens rörelse. De reflekterade elektronerna går sedan i spiral längs interstellära magnetfältlinjer, ökar hastigheten när avståndet mellan dem och stöten ökar.

I en artikel från 2014 i tidskriften Astrophysical Letters, fysikerna J.R. Jokipii och Jozsef Kota beskrev teoretiskt hur joner som reflekteras från stötvågor kunde accelereras längs interstellära magnetfältlinjer. Den aktuella studien tittar på skurar av elektroner som upptäckts av rymdfarkosten Voyager och som tros accelereras av en liknande process.

"Tanken att stötvågor accelererar partiklar är inte ny, " säger Gurnett. "Allt har att göra med hur det fungerar, mekanismen. Och det faktum att vi upptäckte det i en ny värld, det interstellära mediet, vilket är mycket annorlunda än i solvinden där liknande processer har observerats. Ingen har sett det med en interstellär chockvåg, i ett helt nytt orördt medium."

Resultaten publicerades online i Astronomisk tidskrift , i en artikel med titeln "A Foreshock Model for Interstellar Shocks of Solar Origin:Voyager 1 and 2 Observations."