Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
I decennier har forskare försökt lösa ett irriterande problem angående vädret i yttre rymden:Vid oförutsägbara tider bombarderar högenergipartiklar jorden och föremål utanför jordens atmosfär med strålning som kan äventyra astronauternas liv och förstöra satelliternas elektroniska Utrustning. Dessa uppflammningar kan till och med utlösa strålningsskurar som är tillräckligt starka för att nå passagerare i flygplan som flyger över Nordpolen. Trots forskarnas bästa ansträngningar har ett tydligt mönster av hur och när uppblossningar kommer att inträffa förblivit varaktigt svårt att identifiera.
Den här veckan, i en artikel i The Astrophysical Journal Letters , har författarna Luca Comiso och Lorenzo Sironi från Columbias Department of Astronomy and the Astrophysics Laboratory använt superdatorer för att simulera när och hur högenergipartiklar föds i turbulenta miljöer som den i solens atmosfär. Denna nya forskning banar väg för mer exakta förutsägelser om när farliga utbrott av dessa partiklar kommer att inträffa.
"Denna spännande nya forskning kommer att tillåta oss att bättre förutsäga ursprunget för solenergipartiklar och förbättra prognosmodeller för rymdväderhändelser, ett nyckelmål för NASA och andra rymdorganisationer och regeringar runt om i världen," sa Comisso. Inom de närmaste åren, tillade han, kan NASA:s Parker Solar Probe, den rymdfarkost som ligger närmast solen, kanske validera tidningens fynd genom att direkt observera den förutsagda fördelningen av högenergipartiklar som genereras i solens yttre atmosfär.
I sin artikel, "Ion and Electron Acceleration in Fully Kinetic Plasma Turbulence", visar Comiso och Sironi att magnetfält i solens yttre atmosfär kan accelerera joner och elektroner upp till hastigheter nära ljusets hastighet. Solen och andra stjärnors yttre atmosfär består av partiklar i plasmatillstånd, ett mycket turbulent tillstånd skilt från flytande, gas och fast tillstånd. Forskare har länge trott att solens plasma genererar högenergipartiklar. Men partiklar i plasma rör sig så oberäkneligt och oförutsägbart att de hittills inte har kunnat helt visa hur och när detta inträffar.
Med hjälp av superdatorer vid Columbia, NASA och National Energy Research Scientific Computing Center skapade Comiso och Sironi datorsimuleringar som visar de exakta rörelserna av elektroner och joner i solens plasma. Dessa simuleringar härmar de atmosfäriska förhållandena på solen och ger den mest omfattande data som samlats in hittills om hur och när högenergipartiklar kommer att bildas.
Forskningen ger svar på frågor som forskare har undersökt i minst 70 år:1949 började fysikern Enrico Fermi undersöka magnetiska fält i yttre rymden som en potentiell källa till de högenergipartiklar (som han kallade kosmiska strålar) som observerades komma in i jordens atmosfär. Sedan dess har forskare misstänkt att solens plasma är en viktig källa till dessa partiklar, men att definitivt bevisa det har varit svårt.
Comissos och Sironis forskning, som utfördes med stöd från NASA och National Science Foundation, har implikationer långt utanför vårt eget solsystem. Den stora majoriteten av den observerbara materien i universum är i ett plasmatillstånd. Att förstå hur vissa av partiklarna som utgör plasma kan accelereras till höga energinivåer är ett viktigt nytt forskningsområde eftersom energipartiklar rutinmässigt observeras inte bara runt solen utan även i andra miljöer över hela universum, inklusive omgivningen av svarta hål och neutronstjärnor.
Medan Comissos och Sironis nya papper fokuserar på solen, kan ytterligare simuleringar göras i andra sammanhang för att förstå hur och när avlägsna stjärnor, svarta hål och andra enheter i universum kommer att generera sina egna energiskurar.
"Våra resultat fokuserar på solen men kan också ses som en utgångspunkt för att bättre förstå hur högenergipartiklar produceras i mer avlägsna stjärnor och runt svarta hål," sa Comiso. "Vi har bara skrapat på ytan av vad superdatorsimuleringar kan berätta för oss om hur dessa partiklar föds över universum." + Utforska vidare
