Los físicos informan electrones acelerados vinculados con rayos cósmicos

En un nuevo estudio, un equipo de físicos dirigido por la Universidad de Iowa informa la primera detección de explosiones de electrones de rayos cósmicos acelerados por ondas de choque que se originan en grandes erupciones en el sol. La detección, realizada por instrumentos a bordo de las naves espaciales Voyager 1 y Voyager 2, ocurrió mientras las Voyager continuaban su viaje hacia el exterior a través del espacio interestelar, convirtiéndolas así en la primera nave en registrar esta física única en el reino entre las estrellas.

Estos estallidos de electrones recién detectados son como un guardia avanzado acelerado a lo largo de las líneas del campo magnético en el medio interestelar; los electrones viajan casi a la velocidad de la luz, unas 670 veces más rápido que las ondas de choque que inicialmente los propulsaron. Las explosiones fueron seguidas por oscilaciones de ondas de plasma causadas por electrones de menor energía que llegaron a los instrumentos de las Voyager días después, y finalmente, en algunos casos, la propia onda de choque hasta un mes después de eso.

Las ondas de choque emanaron de eyecciones de masa coronal, expulsiones de gas caliente y energía que se mueven hacia afuera desde el sol a aproximadamente un millón de millas por hora. Incluso a esas velocidades, las ondas de choque tardan más de un año en llegar a la nave espacial Voyager, que se ha alejado más del sol (más de 14 mil millones de millas y contando) que cualquier objeto creado por humanos.

“Lo que vemos aquí específicamente es un cierto mecanismo por el cual cuando la onda de choque contacta por primera vez con las líneas del campo magnético interestelar que atraviesan la nave espacial, refleja y acelera algunos de los electrones de los rayos cósmicos”, dice Don Gurnett, profesor emérito de física y astronomía en Iowa y el autor correspondiente del estudio. “Hemos identificado a través de los instrumentos de rayos cósmicos que estos son electrones que fueron reflejados y acelerados por choques interestelares que se propagan hacia afuera a partir de eventos solares energéticos en el Sol. Ese es un nuevo mecanismo”.

El descubrimiento podría ayudar a los físicos a comprender mejor la dinámica que sustenta las ondas de choque y la radiación cósmica que provienen de las estrellas en erupción (cuyo brillo puede variar brevemente debido a la actividad violenta en su superficie) y las estrellas en explosión. Sería importante tener en cuenta la física de tales fenómenos al enviar astronautas en excursiones lunares o marcianas extendidas, por ejemplo, durante las cuales estarían expuestos a concentraciones de rayos cósmicos que exceden con creces las que experimentamos en la Tierra.

Los físicos creen que estos electrones en el medio interestelar se reflejan en un campo magnético reforzado en el borde de la onda de choque y posteriormente son acelerados por el movimiento de la onda de choque. Los electrones reflejados luego giran en espiral a lo largo de las líneas del campo magnético interestelar, ganando velocidad a medida que aumenta la distancia entre ellos y el impacto.

En un artículo de 2014 en la revista Astrophysical Letters, los físicos JR Jokipii y Jozsef Kota describieron teóricamente cómo los iones reflejados por las ondas de choque podrían acelerarse a lo largo de las líneas del campo magnético interestelar. El estudio actual analiza las explosiones de electrones detectadas por la nave espacial Voyager que se cree que son aceleradas por un proceso similar.

“La idea de que las ondas de choque aceleran las partículas no es nueva”, dice Gurnett. “Todo tiene que ver con cómo funciona, el mecanismo. Y el hecho de que lo detectamos en un nuevo reino, el medio interestelar, que es muy diferente al viento solar donde se han observado procesos similares. Nadie lo ha visto con una onda de choque interestelar, en un medio prístino completamente nuevo “.