과학자들은 플라즈마 불안정성의 새로운 상태를 발견하여 우주선에 대한 이해에 혁명을 일으켰습니다. 이 획기적인 발견은 우주선이 플라즈마에서 전자기파를 생성하여 그 경로에 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 물 분자에 의해 형성된 파동과 유사한 이러한 우주선의 집단적 행동은 이전 이론에 도전하고 은하 내 우주선의 이동과 은하 진화에서의 역할에 대한 통찰력을 제공할 것을 약속합니다. 신용: SciTechDaily.com
라이프니츠 천체물리학 포츠담 연구소(AIP)의 과학자들이 새로운 물체를 발견했습니다. 혈장 이러한 불안정성은 우주선의 기원과 은하에 대한 우주선의 역학적 영향에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으킬 것입니다.
지난 세기 초, 빅터 헤스(Victor Hess)는 우주선(cosmic ray)이라는 새로운 현상을 발견하여 나중에 노벨상을 받았습니다. 그는 고공 풍선 비행을 통해 지구의 방사능으로 인해 지구의 대기가 이온화되지 않았다는 사실을 발견했습니다. 대신 그는 이온화의 기원이 외계에서 비롯된 것임을 확인했다. 나중에 우주 “선”은 빛의 속도에 가깝게 이동하는 우주 공간의 하전 입자로 구성된다는 것이 밝혀졌습니다. 방사능. 그러나 이러한 결과 뒤에는 “우주선”이라는 이름이 붙었습니다.
우주선 연구의 최근 발전
새로운 연구에서 AIP 연구소의 과학자이자 이 연구의 수석 저자인 Mohamed Shalabi 박사와 그의 동료들은 수치 시뮬레이션을 실행하여 여러 우주선 입자의 경로를 추적하고 입자가 다음으로 구성된 주변 플라즈마와 어떻게 상호 작용하는지 연구했습니다. 전자와 양성자.
플라즈마 배경으로 역류하고 플라즈마 불안정성을 유발하는 우주선의 시뮬레이션입니다. 여기에 표시된 것은 입자 위치(수평 축)와 속도(수직 축)에 걸쳐 있는 위상 공간에서 흐르는 우주선에 반응하는 배경 입자의 분포입니다. 수 밀도 및 위상 공간 조리개에 대한 색상 인식은 무작위 동작으로 사라지는 불안정성의 매우 역동적인 특성을 나타냅니다. 이미지 출처: Shalabi/AIP
연구진은 시뮬레이션의 한쪽에서 다른 쪽으로 이동하는 우주선을 연구하면서 배경 플라즈마에서 전자기파를 여기시키는 새로운 현상을 발견했습니다. 이 파동은 우주선에 힘을 가하여 권선 경로를 변경합니다.
우주선을 집단현상으로 이해하기
가장 중요한 것은 우주선이 개별 입자로 작용하지 않고 오히려 집단적인 전자기파를 지원한다는 점을 고려하면 이 새로운 현상을 더 잘 이해할 수 있다는 것입니다. 이 파동이 기본 배경파와 상호작용하면 강하게 증폭되어 에너지 전달이 발생합니다.
AIP의 고에너지 우주론 및 천체물리학과 책임자인 크리스토프 포머(Christoph Pfromer) 교수는 “이러한 관점을 통해 우리는 빅터 헤스(Viktor Hess)가 원래 생각했던 것처럼 우주 광선이 이러한 맥락에서 개별 입자가 아닌 방사선처럼 행동하는 것으로 간주할 수 있게 되었습니다.”라고 말했습니다. .
양성자(점선)와 전자(실선)의 운동량 분포. 여기에 표시된 것은 더 느리게 움직이는 충격에서 고에너지 전자 꼬리의 모습입니다. 이는 새로 발견된 플라즈마 불안정성(빨간색)에 의해 생성된 전자기파와의 상호작용의 결과이며, 이는 더 빠른 충격(검은색)의 경우에는 나타나지 않습니다. 고에너지 전자만이 관측 가능한 무선 방출을 생성하므로 이는 가속 과정의 물리학을 이해하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다. 이미지 출처: Shalabi/AIP
이 행동에 대한 좋은 비유는 개별 물 분자가 집합적으로 해안에서 부서지는 파도를 형성한다는 것입니다. Mohamed Shalabi 박사는 “이러한 진전은 플라즈마 공정을 연구할 때 효과적인 유체 역학 이론의 사용에 의문을 제기하는 이전에 간과되었던 더 작은 규모를 고려함으로써만 달성되었습니다.”라고 설명합니다.
효과 및 응용
성간 열 플라즈마의 전자가 어떻게 초신성 잔해에서 높은 에너지로 가속되는지에 대한 첫 번째 설명을 포함하여 새로 발견된 플라즈마 불안정성에 대한 많은 응용이 있습니다.
“새로 발견된 플라즈마 불안정성은 가속 과정에 대한 우리의 이해에 큰 도약을 의미하며 마침내 초신성 잔해가 라디오와 감마선에서 빛나는 이유를 설명합니다”라고 Mohamed Shalabi는 말합니다.
더욱이, 이 선구적인 발견은 은하 내 우주선 전달의 기본 과정에 대한 더 깊은 이해의 문을 열어 주며, 이는 우주 진화 과정에서 은하를 형성하는 과정에 대한 우리의 이해에 있어 가장 큰 미스터리를 나타냅니다.
참고자료:
Mohamed Shalabi, Timon Thomas, Christoph Pfromer, Reuven Lemmers 및 Virginia Breschi의 “중규모 불안정성의 물리적 기반 해독”, 2023년 12월 12일, 플라즈마 물리학 저널.
도이: 10.1017/S0022377823001289
“병렬 비상대론적 충격에서의 효과적인 전자 가속 메커니즘” 작성자: Mohamed Shalabi, Reuven Lemmers, Timon Thomas, Christoph Pfromer, 2022년 5월 4일, 천체물리학 > 고에너지 천체물리현상.
arXiv:2202.05288
“우주 광선으로 인한 새로운 불안정성”, Mohamed Shalabi, Timon Thomas 및 Christoph Pfromer, 2021년 2월 24일 그만큼 천체 물리학 저널.
도이: 10.3847/1538-4357/abd02d
“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”