Учёные из Мичиганского государственного университета в сотрудничестве с коллегами из Центра астрофизики Гарвард-Смитсониан создали и успешно испытали новаторскую модель воздействия заряженных частиц, испускаемых Солнцем.
Солнце беспрестанно выпускает плазменные потоки, содержащие заряженные субатомные частицы, преимущественно протоны и электроны. Обладая высокой энергией, эти частицы преодолевают солнечную гравитацию, следуя в космос в виде солнечного ветра.
Томас До, студент-астроном, начавший изучение заряженных частиц три года назад в Центре астрофизики Гарвард-Смитсониан, представил исследование, которое охватывает ускорение частиц в более широком диапазоне условий, по сравнению с существующими моделями. Основное внимание уделено изучению процесса ускорения заряженных частиц при их взаимодействии с корональными выбросами массы — мощнейшими солнечными вспышками, производящими ударные волны.
«Когда частицы уходят с поверхности Солнца, они взаимодействуют с ударной волной, получая дополнительный энергетический заряд», — объясняет До. Некие частицы развивают такую скорость, что пересекают гребень ударной волны и устремляются в космос.
Вместе с астрофизиком Федерико Фраскетти, исследователи обновили модель 2021 года, включив как высокоэнергетические, так и низкоэнергетические частицы, что ранее не учитывалось в моделях, разработанных более пятидесяти лет назад.
5 сентября 2022 года космический зонд Parker Solar Probe от NASA зафиксировал мощное солнечное извержение во время одного из своих самых близких приближений к Солнцу, находясь на расстоянии всего 0.07 а.е. от светила и пересекаясь с ударной волной. Это позволило получить недоступные ранее измерения. Ударная волна была чрезвычайно стремительной, что привело к ускорению частиц до высоких энергий в течение короткого времени, всего спустя 77 минут после солнечной вспышки. Это дало возможность изучить мощную детонацию на ранних стадиях её формирования, до того как она успела значительно изменить окружающую среду.
Невозможно переоценить нашу удачу в наблюдении самого зарождения этого процесса,
подчёркивает Фраскетти.
Это событие дало редкую возможность исследовать ускорение частиц в условиях, которые трудно воссоздать в лаборатории или смоделировать численно. Данные с этого события оказались исключительно ценными для проверки обновлённой модели, так как позволили детально исследовать ускорение частиц, учитывая временную динамику, изучить их энергетический спектр на ранних стадиях и, в конечном итоге, понять, как утечка частиц из области ускорения влияет на формирование спектра.
Специфично данные зонда PSP выявили наличие «носовой» структуры в энергетическом спектре протонов. Эту структуру можно объяснить диффузионным перемещением частиц в степени перед ударной волной, с их ускорением по мере приближения волны к космическому аппарату.
Таким образом, данные зонда, который достиг рекордно близкого расстояния к Солнцу (если представить расстояние от Земли до Солнца в один метр, то зонд находился всего в семи сантиметрах от светила), полностью подтвердили новую модель.
Разработанная модель может найти применение в различных областях космических исследований, касающихся исследования заряженных частиц, представляющих опасность для космических аппаратов и астронавтов. Наблюдая за временной динамикой спектра частиц, модель может содействовать в изучении ударных волн в других астрофизических явлениях: процессы ускорения частиц на ударных волнах являются ключевыми в разнообразных астрофизических объектах, таких как остатки сверхновых, активные ядра галактик и гамма-всплески. Эта модель предоставляет фундамент для улучшенного моделирования и понимания этих процессов.
Источник: iXBT
