Mieux comprendre les accélérateurs de particules cosmiques

MADRID, 13 Ene. (EUROPA PRESSE) –

Les scientifiques ont franchi une nouvelle étape dans la compréhension de la manière dont les ondes de choc sans collision, que l’on retrouve dans tout l’univers, Ils sont capables d’accélérer des particules à des vitesses extrêmes.

Ces ondes de choc sont l’un des accélérateurs de particules les plus puissants de la nature et intriguent depuis longtemps les scientifiques en raison du rôle qu’elles jouent dans la production de rayons cosmiques, des particules à haute énergie qui se déplacent sur de grandes distances dans l’espace aérien.

L’enquête, publié dans Nature Communicationscombine les observations satellitaires des missions MMS (Magnetospheric Multiscale) et THEMIS/ARTEMIS de la NASA avec des avancées théoriques récentes, offrant un nouveau modèle complet pour expliquer l’accélération des électrons dans des environnements de choc sans collision.

Cette recherche aborde une énigme de longue date en astrophysique : comment les électrons atteignent des niveaux d’énergie extrêmement élevés, ou relativistes.

Depuis des décennies, les scientifiques tentent de répondre à une question cruciale en physique spatiale : Quels processus permettent aux électrons d’être accélérés pour atteindre des vitesses relativistes ?

Le principal mécanisme pour expliquer l’accélération des électrons jusqu’à ce qu’ils atteignent des énergies relativistes C’est ce qu’on appelle l’accélération de Fermi ou accélération de choc diffusive (DSA). Cependant, ce mécanisme nécessite que les électrons soient initialement excités jusqu’à une énergie seuil spécifique avant d’être efficacement accélérés par le DSA. Essayer de déterminer comment les électrons atteignent cette énergie initiale est connu sous le nom de “le problème d’injection.”

Cette nouvelle étude fournit des informations clés sur le problème de l’injection d’électrons, montrant que les électrons peuvent être accélérés à des énergies élevées grâce à l’interaction de plusieurs processus à plusieurs échelles.

En utilisant les données en temps réel de la mission MMS, qui mesure l’interaction de la magnétosphère terrestre avec le vent solaire, et de la mission THEMIS/ARTEMIS, qui étudie l’environnement plasmatique en amont près de la Lune, l’équipe de recherche a observé un phénomène temporel à grande échelle. phénomène dépendant (c’est-à-dire transitoire) au-dessus du choc d’arc terrestre du 17 décembre 2017.

Au cours de cet événement, les électrons de la région terrestre avant le choc (une zone où le vent solaire est pré-perturbé par son interaction avec le choc de l’arc) ont atteint des niveaux d’énergie sans précédent, dépassant 500 keV.

Il s’agit d’un résultat surprenant étant donné que les électrons observés dans la région précédant le choc se trouvent généralement à des énergies d’environ 1 keV, soulignent les auteurs.

Cette recherche suggère que Ces électrons de haute énergie ont été générés par l’interaction complexe de plusieurs mécanismes d’accélérationy compris l’interaction des électrons avec diverses ondes de plasma, les structures transitoires lors du pré-choc et le choc d’arc terrestre.

Tous ces mécanismes agissent ensemble pour accélérer les électrons depuis de faibles énergies d’environ 1 keV jusqu’à des énergies relativistes atteignant les 500 keV observés, ce qui donne lieu à un processus d’accélération électronique particulièrement efficace.

En affinant le modèle d’accélération des chocs, cette étude apporte de nouvelles informations sur le fonctionnement des plasmas spatiaux et les processus fondamentaux qui régissent le transfert d’énergie dans l’univers.

En conséquence, la recherche ouvre de nouvelles voies pour comprendre la génération des rayons cosmiques et offre un aperçu de la manière dont les phénomènes au sein de notre système solaire peuvent nous guider. comprendre les processus astrophysiques à travers l’univers.

Le Dr Sawas Raptis du JHUAPL (Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins), auteur principal de l’étude, estime que l’étude des phénomènes à différentes échelles est cruciale pour comprendre la nature. “La plupart de nos recherches se concentrent sur les effets à petite échelle, tels que les interactions vague-particule, ou sur les propriétés à grande échelle, telles que l’influence du vent solaire”, a-t-il déclaré. dans une déclaration.

“Cependant, comme nous le montrons dans ce travail, en combinant des phénomènes à différentes échelles, nous avons pu observer leur interaction qui dynamise finalement les particules dans l’espace.”

Le Dr Ahmad Lalti, de l’Université de Northumbria et co-auteur de la recherche, a ajouté : « L’un des moyens les plus efficaces d’approfondir notre compréhension de l’univers dans lequel nous vivons consiste à utiliser notre environnement plasmatique proche de la Terre comme laboratoire naturel.

“Dans ce travail, nous utilisons l’observation in situ de MMS et THEMIS/ARTEMIS pour montrer comment différents processus plasmatiques fondamentaux à différentes échelles fonctionnent ensemble. pour dynamiser les électrons des basses énergies aux hautes énergies relativistes.

“De tels processus fondamentaux ne se limitent pas à notre système solaire et devraient se produire dans tout l’univers. Cela rend le cadre proposé pertinent pour mieux comprendre l’accélération des électrons vers les énergies des rayons cosmiques dans des structures astrophysiques à des années-lumière de notre système solaire.” , comme dans d’autres systèmes stellaires, les restes de supernova et les noyaux galactiques actifs.