Обнаружен механизм, замедляющий время
Ученые из Немецкого научно-исследовательского центра геонаук имени Гельмгольца (GFZ) доказали, что магнитосфера работает как очень эффективный ускоритель частиц, разгоняя электроны до так называемых ультрарелятивистских энергий и замедляя для них время.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications, а коротко его описывает Eurek Alert. Оно показывает, что в небе фактически существует гигантский ускоритель, в котором электроны локально нагреваются до чрезвычайно высоких энергий в радиационных поясах Ван Аллена.
Ученые пишут, что магнитное поле Земли захватывает частицы высокой энергии. Это явление было обнаружено, когда первые спутники были запущены в космос. В то время команда во главе с Джеймсом Ван Алленом неожиданно обнаружила области излучения частиц высокой энергии, которые позже были названы в его честь. Визуально они выглядят как два «пончика», окружающие нашу планету.
Новое исследование доказывает, что электроны в таких радиационных поясах могут локально ускоряться до очень высоких скоростей. Это означает, что магнитосфера работает как очень мощный и эффективный ускоритель частиц. Она разгоняет электроны до ультрарелятивистских энергий. Выяснить это удалось благодаря космическому аппарату американского агентства NASA. Он был запущен в 2012 году.
«Измерения включали полный спектр частиц, движущихся с разной скоростью и в разных направлениях, а также плазменные волны, — следует из исследования. — Плазменные волны похожи на волны, которые мы видим на поверхности воды, но фактически они невидимы невооруженным глазом. Их можно сравнить с рябью в электрическом и магнитном поле».
Недавние наблюдения показали, что энергия электронов в указанных радиационных поясах может достигать ультрарелятивистских энергий. Электроны с температурой выше 37 миллиардов градусов по Цельсию движутся так быстро, что энергия их движения намного превышает заданную формулой Эйнштейна энергию покоя. Они настолько быстрые, что течение времени для этих частиц значительно замедляется, отмечают ученые.
Кроме того, исследователи признаются, что они были очень удивлены, обнаружив эти ультрарелятивистские электроны. Они предположили, что столь высокой энергии можно достичь только с помощью комбинации двух процессов: внутреннего переноса частиц из внешних областей магнитосферы, который ускоряет их, и локального ускорения частиц плазменными волнами.
Однако их исследование показывает, что электроны достигают таких невероятных энергий локально, причем происходит это в самом центре поясов. По сути, они забирают всю эту энергию из плазменных волн, что делает сам процесс чрезвычайно эффективным.
Авторы работы считают, что их открытие поможет ученым понять фундаментальные процессы ускорения частиц на Солнце, вблизи внешних планет и даже в отдаленных уголках Вселенной.