Jowisz rozpędza elektrony niemal do prędkości światła, tak jak supernowe

Tuż przed Jowiszem, tam gdzie wiatr słoneczny po raz pierwszy uderza w ogromne pole magnetyczne planety, sonda Juno należąca do NASA zmierzyła elektrony poruszające się niemal z prędkością światła. Cząstki nie urodziły się tak szybkie. Zostały rozpędzone na miejscu, w burzliwej granicy poprzedzającej planetę, i osiągnęły prędkości nawet wyższe niż te, które ten sam proces wytwarza w pobliżu Ziemi.

Ten jeden pomiar sięga daleko poza Jowisza. Sposób, w jaki olbrzymia planeta rozpędza zwykłe cząstki do skrajnych energii, wygląda jak pomniejszona wersja tego, jak galaktyka wytwarza promieniowanie kosmiczne, czyli cząstki wysokiej energii, które przemierzają przestrzeń i co sekundę spadają na ziemską atmosferę. Przez dekady związek ten był silnym podejrzeniem. Teraz istnieje bezpośredni pomiar mechanizmu działającego w skali planety.

Wszystko rozgrywa się w obszarze zwanym przedfalą uderzeniową, w strefie wzburzonych pól magnetycznych i odbitych cząstek, która tworzy się tuż przed falą uderzeniową dziobową, ostrym frontem, gdzie wiatr słoneczny spiętrza się na magnetycznej tarczy planety. W tej turbulencji warunki magnetyczne potrafią pochwycić część przelatujących cząstek i wyrzucać je naprzód raz po raz, dodając energii przy każdym przejściu, aż niewielka grupa porusza się z prędkością relatywistyczną.

O sile dowodu decyduje rozmiar Jowisza. Jego fala dziobowa sprawia, że ziemska wydaje się maleńka, a elektrony wykryte przez Juno rosły wraz z nią, osiągając wyższe energie niż cokolwiek zmierzonego w tym samym otoczeniu w pobliżu naszej planety. To skalowanie jest właśnie nagrodą. Jeśli większa fala uderzeniowa w przewidywalny sposób rozpędza cząstki do wyższych prędkości, tę samą regułę można rozciągnąć na znacznie większe fronty uderzeniowe wyrzucane przez wybuchające gwiazdy, główne kandydatki na źródło galaktycznego promieniowania kosmicznego.

Zespół nie polegał wyłącznie na Jowiszu. Porównał odczyty Juno z danymi dwóch misji śledzących tę samą fizykę w pobliżu Ziemi, gdzie statki mogą zanurzyć się w przedfali i próbkować ją w szczegółach. Zgodność między tak różnymi skalami pozwala twierdzić, że obserwuje się jeden uniwersalny proces, a nie lokalne dziwactwo Jowisza.

Twierdzenie wciąż opiera się na fali uderzeniowej jednej planety, uchwyconej podczas konkretnych przelotów, a elektrony to tylko część historii promieniowania kosmicznego, w której dominują cięższe protony i jądra atomowe. Rozszerzenie wyniku na pozostałości po supernowych zakłada, że ta sama fizyka obowiązuje mimo ogromnego skoku rozmiaru i energii, a tego mostu nie zaobserwowano bezpośrednio. Pomiar zawęża pytanie; nie zamyka go.

Zrozumienie, skąd biorą się promienie kosmiczne, nie jest abstrakcyjną zagadką. Te cząstki wyznaczają ryzyko promieniowania dla astronautów i elektroniki statków, napędzają chemię atmosfer planetarnych i przenoszą energię przez galaktykę. Powiązanie procesu przyspieszania z czymś, co możemy obserwować we własnym Układzie Słonecznym, zamienia kosmiczną tajemnicę w coś sprawdzalnego.

Wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature. Juno, na orbicie od 2016 roku, kontynuuje swoje długie pętle wokół Jowisza, a każda z nich znów prowadzi jego instrumenty przez przedfalę, gdzie wykonane zostaną kolejne pomiary tego przyspieszania.

Tagi: astronomia