При движении близком к скорости света электроны ведут себя неожиданно: загадка раскрыта.

В космосе взрывы сверхновых, черные дыры и другие космические явления могут разгонять электроны до почти световой скорости. Этот процесс называется релятивистским ускорением. Считается, что ударные волны, возникающие в результате передачи энергии между частицами во время космических событий, функционируют как естественные ускорители частиц, способствуя ускорению электронов до релятивистских скоростей. Это явление известно как диффузионное ударное ускорение. Однако существует одна проблема. Прежде чем электроны смогут быть ускорены этими ударными волнами, им необходимо иметь определенное количество энергии. На данный момент непонятно, как электроны получают эту начальную энергию, что и называется проблемой инжекции электронов. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, проливает свет на ускорение электронов в космосе, сообщает Interesting Engineering.

Исследователи собрали данные с космических аппаратов NASA, которые предоставляют информацию о том, как солнечные ветры влияют на магнитосферу Земли и как они взаимодействуют с ней, а также о поведении плазмы и магнитных полей в пространстве вокруг Земли и Луны. Особенное внимание ученых привлекло событие головной ударной волны.

Эта ударная волна образуется, когда быстро движущийся солнечный ветер резко замедляется и нагревается при столкновении с магнитосферой Земли.

Во время этого события электроны в области Земли, где солнечный ветер предварительно возмущен взаимодействием с ударной волной, достигли беспрецедентного уровня энергии: более 500 килоэлектронвольт. В то же время, обычно электроны в этой области космоса имеют энергию порядка 1 килоэлектронвольт.

Результаты исследования показывают, что высокоэнергетические электроны образуются благодаря сочетанию различных процессов, таких как взаимодействие с плазменными волнами, временными структурами в области перед головной ударной волной Земли и самой ударной волной. Все эти процессы в совокупности ускоряют электроны и придают им максимальную энергию.

Ученые полагают, что ускорение электронов является следствием множества событий, вызванных плазмой, происходящих в различных масштабах. Эти явления заряжают частицы в космосе. Авторы исследования уверены, что это открытие поможет лучше понять ускорение электронов не только в Солнечной системе, но и в удаленных уголках Вселенной.