Существует вероятность, что электроны могут достигать скорость света

В журнале Science Advances учёными показана важность крайнего истощения фоновой плотности плазмы. Для этого были проанализированы недавние измерения с космического корабля NASA Van Allen Probes, которые показали, что электроны могут достигать ультрарелятивистских энергий, летая почти со скоростью света.

Хейли Эллисон, Юрий Шприц и сотрудники Немецкого исследовательского центра наук о Земле выяснили, при каких условиях происходят такие сильные ускорения. Ранее было непонятно, почему такие высокие энергии электронов достигаются не во всех солнечных бурях.

Во время миссии Van Allen Probes были отмечены, как солнечные бури, которые производили ультрарелятивистские электроны, так и бури без этого эффекта. Плотность фоновой плазмы оказалась решающим фактором для сильного ускорения: электроны с ультрарелятивистской энергией увеличивались только тогда, когда плотность плазмы падала до очень низких значений, всего около десяти частиц на кубический сантиметр, в то время как обычно такая плотность в пять-десять раз выше.

Используя численную модель, учитывающую такое экстремальное истощение плазмы, авторы показали, что периоды низкой плотности создают благоприятные условия для ускорения электронов — от первоначальных нескольких сотен до тысячи и более чем семи миллионов электрон-вольт.

«Это исследование показывает, что электроны в радиационном поясе Земли могут быть быстро ускорены локально до ультрарелятивистских энергий, если условия плазменной среды — плазменные волны и временно низкая плотность плазмы — являются правильными. В областях чрезвычайно низкой плотности плазмы они могут просто забирать много энергии из плазменных волн. Подобные механизмы могут работать в магнитосферах внешних планет, таких как Юпитер или Сатурн, и в других астрофизических объектах «, — говорит Юрий Шприц, руководитель секции GFZ Космическая физика и космос.

«Таким образом, для достижения таких экстремальных энергий не нужен двухэтапный процесс ускорения, как это давно предполагалось — сначала из внешней области магнитосферы в пояс. а затем ins иде. Это также подтверждает результаты наших прошлогодних исследований», — добавляет Хейли Эллисон.