Физики решают загадку, почему кометы испускают рентгеновские лучи

Многолетняя загадка того, почему кометы выделяют рентгеновское излучение, была решена группой экспериментальных физиков из Оксфордского университета, Великобритания.

Когда кометы проходят через Солнечную систему, они взаимодействуют с солнечным излучением, солнечным ветром и солнечным магнитным полем. Это взаимодействие создает видимую атмосферу вокруг кометы и наблюдаемый кометный хвост, а в некоторых случаях производит рентгеновское излучение.

Эти рентгеновские лучи генерируются на солнечной стороне кометы, где солнечный ветер воздействует на кометную «атмосферу».

Чтобы исследовать, как рентгеновские лучи могут излучаться из кометы, физик Оксфорда Александра Ригби и его коллеги провели эксперименты на лазерном объекте LULI в Политехнической школе в Париже, Франция, где они воспроизвели взаимодействие солнечного ветра с кометой.

«Наши экспериментальные результаты важны, поскольку они дают прямые лабораторные доказательства того, что объекты, движущиеся через намагниченную плазму, могут быть местами ускорения электронов — очень общая ситуация в астрофизике, которая имеет место не только в кометах, но и в планетарных магнитосферах, таких как наша собственная Земля , или даже в остатках сверхновых, где выброшенный материал перемещается через межзвездный газ», — сказал профессор Боб Бингам из Лаборатории Резерфорда.

«Как теоретик мне кажется удивительным то, что можно разумно воспроизвести астрофизические явления в лаборатории, проверить наше физическое понимание того, что получает Природа», — сказал доктор Рауль Тринес из Лаборатории Резерфорда Эпплтона.

Для экспериментов физики стреляли лазерными лучами в пластиковую фольгу, которая взрываясь, вызывала вытеснение потока электронов и ионов, образуя высокоскоростной поток ионизованного газа (плазмы), подобный солнечному ветру.

Этот «поток плазмы» затем воздействовал на твердую сферу, так называемую лабораторную «комету», расположенную почти в сантиметре от пластиковой фольг — это напоминает то, что происходит, когда настоящая комета проходит через солнечную систему.

Было обнаружено, что электроны нагреваются до около миллиона градусов в восходящем потоке плазменной турбулентности. Эти горячие электроны ответственны за излучение рентгеновских лучей, но только в присутствии магнитного поля.

Это исследование также проливает свет на загадку космических лучей, известную как «проблема инъекции».

«Широко признано, что сильные ударные волны ускоряют частицы до очень высоких энергий, однако для них требуется источник частиц достаточно быстро, чтобы преодолеть удар, проблему инъекции».

«Мы показываем, что ключевым механизмом при производстве энергетических электронов является генерация низковозбужденной турбулентности через ударно-отраженные ионы. Наши экспериментальные результаты аналогичны многим астрофизическим системам, в том числе взаимодействию кометы с солнечным ветром, где возможно ускорение электронов через низкогибридные волны» — говорят ученые.

«Наши эксперименты наглядно демонстрируют, что плазменная турбулентность может обеспечить источник быстрых частиц, преодолевающих проблему инъекции».

Больше информации: A. Rigby et al. Electron acceleration by wave turbulence in a magnetized plasma. Nature Physics, published online March 12, 2018; doi: 10.1038/s41567-018-0059-2