Juno odkrywa kosmiczny akcelerator przy Jowiszu

Co zaobserwowała sonda Juno?

Instrumenty sondy Juno zarejestrowały wysokoenergetyczne cząstki w tak zwanej przedfali uderzeniowej (foreshock) Jowisza. To dynamiczny obszar tuż przed główną falą uderzeniową planety, gdzie skomplikowane warunki magnetyczne potrafią przyspieszyć niektóre cząstki do prędkości relatywistycznych, bliskich prędkości światła .

NASA podkreśla, że cząstki zaobserwowane przy Jowiszu poruszały się właśnie z takimi zawrotnymi prędkościami. Ta obserwacja jest kluczowa dla zrozumienia, jak mogą powstawać promienie kosmiczne w pobliżu fal uderzeniowych . Samo zdarzenie zostało zinterpretowane jako dowód na to, że akceleracja w przedfali Jowisza może prowadzić do energii znacznie przewyższających te, które zwykle mierzy się w pobliżu Ziemi .

Dodatkowo, sonda Juno zarejestrowała szczegółowe dane dotyczące oscylacji plazmy podczas przecinania fali uderzeniowej. Częstotliwość tych oscylacji pozwoliła oszacować lokalną gęstość elektronów na około jedną cząstkę na centymetr sześcienny w obszarze tuż za granicą wstrząsu .

Uniwersalne prawo skali: od Ziemi do supernowych

Kluczowym wnioskiem płynącym z tych badań jest odkrycie relacji skalującej, która łączy fizyczny rozmiar systemu fali uderzeniowej z maksymalną energią, jaką mogą uzyskać przyspieszane w nim cząstki. Mówiąc prościej: większe fale uderzeniowe są w stanie rozpędzić cząstki do wyższych energii .

Z racji tego, że magnetosfera Jowisza i jego fala uderzeniowa są gigantyczne w porównaniu z ziemskimi, układ ten stanowi idealny pomost pomiędzy zjawiskami, które możemy badać lokalnie, a tymi zachodzącymi w skali kosmicznej, gdzie bezpośrednie pomiary są niemożliwe .

Ekstrapolacja na pozostałości po supernowych i promieniowanie kosmiczne

Zespół naukowców zastosował to samo prawo skali do obiektów astrofizycznych o niewyobrażalnych rozmiarach. Oto, co przewiduje model:

Obiekt	Skala systemu względem Jowisza	Przewidywana maksymalna energia elektronów
Dżet protogwiazdowy HH 211	Znacznie większy niż system Jowisza	Energie rzędu TeV
Pozostałość po supernowej SN 1987A	Znacznie większy niż system Jowisza	Energie rzędu TeV
Pozostałość po supernowej SN 1006	Znacznie większy niż system Jowisza	Energie rzędu TeV

Te przewidywania są zaskakująco spójne z obserwacjami słynnej pozostałości po supernowej SN 1006. Emisja rentgenowska tego obiektu jest zdominowana przez promieniowanie synchrotronowe, co stanowi twardy dowód na to, że elektrony są tam przyspieszane do energii około 100 TeV . Fale uderzeniowe w pozostałościach po supernowych są od dawna uważane za jedno z głównych źródeł galaktycznego promieniowania kosmicznego .

Interpretacja autorów badania jest fascynująca: mechanizmy akceleracji związane z falą uderzeniową, które sonda Juno zaobserwowała przy Jowiszu, mogą mieć charakter uniwersalny. Oznacza to, że ta sama podstawowa fizyka może napędzać cząstki do ekstremalnych energii zarówno w naszym kosmicznym sąsiedztwie, jak i w odległych pozostałościach po wybuchach gwiazd .

Ważne zastrzeżenie

Należy pamiętać, że rozciągnięcie zależności skalującej odkrytej w Układzie Słonecznym na gigantyczne pozostałości po supernowych jest na razie ekstrapolacją teoretyczną. Nie mamy i długo nie będziemy mieć możliwości wysłania sondy, aby in situ zbadała te odległe fale uderzeniowe. Zgodność z danymi z SN 1006 jest obiecująca, ale traktuje się ją jako dowód pośredni, a nie bezpośredni pomiar procesu akceleracji w tamtym środowisku .