Novi model predviđa ubrzanje i bekstvo čestica solarne oluje

Novi model predviđa ubrzanje i bekstvo čestica solarne oluje

Sunce, vrela gasna sfera koja se prvenstveno sastoji od vodonika i helijuma, ima površinske i spoljašnje atmosferske temperature u rasponu od 10.000 do 3,6 miliona stepeni Farenhajta na svojoj površini i najudaljenijem sloju atmosfere. Ova intenzivna toplota uzrokuje da Sunce neprekidno emituje tok plazme, sastavljen od naelektrisanih subatomskih čestica — uglavnom protona i elektrona. Ove čestice, koje poseduju značajnu energiju, izbegavaju gravitaciono privlačenje Sunca i odlaze u svemir kao solarni vetar. Razumevanje načina na koji naelektrisane čestice stupaju u interakciju sa drugim prolaznim erupcijama sunčeve energije može pomoći naučnicima da proučavaju kosmičke zrake koje se emituju u eksplozijama supernove.

Tomas Do, diplomirani student astronomije na Državnom univerzitetu u Mičigenu, objavio je rad koji predviđa kako se čestice ubrzavaju pod širim spletom okolnosti od prethodnih modela. Njegov model bi se mogao primeniti na solarne oluje koje utiču na tehnologiju u svemiru.

Do je počeo da radi na naelektrisanim česticama pre tri godine tokom dodiplomskog istraživačkog projekta u Harvard-Smitsonijan centru za astrofiziku u Masačusetsu. Njegovo istraživanje je imalo za cilj da osvetli kako se naelektrisane čestice ubrzavaju kada ih ponesu snažni izbačaji mase sa Sunca. Te eksplozije se nazivaju izbacivanjem koronalne mase, a kada su dovoljno brze, mogu stvoriti udarne talase.

„Dok lete sa sunca, usput komuniciraju sa naelektrisanim česticama. Tokom tih interakcija, čestice dobijaju energiju od udarnog talasa“, rekao je Do.

Kako čestice dobijaju energiju, one jure sve brže u svemir i ka Zemlji. Ponekad čestice dobijaju toliku brzinu da se katapultiraju pored vrha udarnog talasa, bežeći iza njega u kosmos.

Da bi razumeo kako naelektrisane čestice izlaze, Do je proširio model koji je 2021. razvio Federiko Frašeti, astrofizičar u Centru za astrofiziku. Fraschetti i Do-ov ažurirani model predviđa kako se čestice ubrzavaju i beže pod širim rasponom energija od prethodnih modela. Konkretno, njihov model objašnjava izlazak čestica iz oblasti ubrzanja u rasponu viših i nižih energija. To je važno, rekao je Frašeti, jer se ranije smatralo da se samo čestice visoke energije oslobode udarnog talasa.

Prethodni model koji su naučnici koristili da bi predviđali naelektrisane čestice – razvijene pre oko 50 godina – nisu uključivale niskoenergetske čestice. Koristeći više nivoa energije u svom ažuriranom modelu, tim je napravio skup jednačina koje predviđaju kako se čestice ubrzavaju tokom vremena i koliko čestica pobegne na svakom energetskom nivou.

„Pokušavamo da dozvolimo da više čestica pobegne jer verujemo da je to fizički realnije“, rekao je Do.

Nakon proširenja modela, on i Fraschetti su želeli da ga uporede sa stvarnim solarnim događajem.

Znali su da je samo pitanje vremena kada će imati šansu, rekao je Frašeti. To je zato što Sunce dostiže svoj solarni maksimum kada je solarna aktivnost najviša u svom 11-godišnjem ciklusu. Tokom solarnog maksimuma, masivne eksplozije potrebne za stvaranje udarnih talasa su češće i intenzivnije.

Tim nije morao dugo da čeka na ovakav događaj. Sunce je 5. septembra 2022. izbacilo ogroman snop energije u svemir baš u trenutku kada je NASA-ina solarna sonda Parker jednom od svojih najbližih zarona ka zvezdi. Sonda je zabeležila podatke kao što su brzina čestica i temperatura dok je udarni talas eksplozije udario u nju.

„Imali smo sreće u septembru 2022. da vidimo sam početak ovog procesa“, rekao je Frašeti. „Ovo je jedan od događaja za koje je Parker Solar Probe dizajniran da meri.“

Otkrili su da se predviđanje njihovog modela poklapa sa onim što je izvestila Parkerova solarna sonda: ubrzanje čestica i bekstvo kroz niz energetskih nivoa. Sonda je bila veoma blizu Sunca – za razmere, da su Zemlja i Sunce udaljeni jedan metar, sonda bi bila udaljena samo oko 7 centimetara. Ta blizina je značila da su se čestice koje je prošla nedavno ukrstile sa udarnim talasom, tako da je tim mogao da vidi podatke o česticama koje još nisu dostigle veliku brzinu.

„Model je pokazao odlično slaganje sa podacima i potvrdio da je naša fizička očekivanja šta se dešava sa mladim udarnim talasima blizu Sunca tačna“, rekao je Frašeti. „Nikada nismo testirali ovo očekivanje i nije moralo biti ovako.“

„Ovaj model se može koristiti u drugim oblastima svemirskih istraživanja koja uključuju naelektrisane čestice“, rekao je Do.