Космические лучи, представляющие собой высокоэнергетические частицы из далекого космоса, поражают ученых своей загадочной природой. Научное сообщество десятилетиями стремится разгадать тайны, стоящие за их происхождением и механизмом ускорения. Новейший эксперимент, проведенный в Научно-техническом университете Китая, значимо приближается к пониманию этого сложного вопроса.
Увлекательный эксперимент и его результаты
Исследования в области космических лучей связаны с природой мощных космических явлений, таких как взрывы сверхновых и взаимодействия в окрестностях черных дыр. Они не только влияют на атмосферную химию Земли, но могут вызывать сбои в электронной технике и представлять потенциальную угрозу для космонавтов.
Для решения этой головоломки китайские ученые создали в лаборатории условия, аналогичные космическим. Используя мощную лазерную установку Shenguang-II, они генерировали миниатюрные ударные волны и наблюдали, как ионы набирали энергию, отражаясь от них. Это первое наглядное подтверждение механизма ударно-дрейфового ускорения, который может объяснить, как космические лучи получают колоссальную энергию.
Две теории ускорения космических лучей
Современная астрофизика основывается на двух ключевых теориях, касающихся ускорения космических частиц:
- Ударно-дрейфовое ускорение (УДУ): Ионы получают энергию, скользя вдоль магнитных полей ударной волны, подобно серферу, движущемуся по склону. Этот процесс предполагает постепенное увеличение скорости через электрические и магнитные поля.
- Ударно-серфинговое ускорение (УСУ): В данной теории частицы подхватываются на фронте ударной волны, где электрическое поле мгновенно подталкивает их вперед, обеспечивая резкий всплеск энергии.
Методология и наблюдения
В ходе эксперимента китайские ученые создали намагниченную плазму, в которую был направлен поток ионов. При скоростном столкновении выше 400 километров в секунду возникли ударные волны, имитирующие условия, создаваемые взрывающимися звездами. С помощью высокотехнологичных диагностических средств исследователи наблюдали поведение ионов, которые разгонялись до 1800 километров в секунду, что превышало скорость начальной ударной волны.
Полученные результаты показали, что ионы увеличивали свою энергию благодаря взаимодействию с движущимися электрическими полями от ударной волны. Моделирование подтвердило, что именно ударно-дрейфовое ускорение является доминирующим механизмом, и данная информация согласуется с данным спутниковыми наблюдениями в районе земной магнитосферы.
