Des scientifiques de l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam (AIP) ont découvert un nouvel objet plasma Cette instabilité est en passe de révolutionner notre compréhension de l’origine des rayons cosmiques et de leur influence dynamique sur les galaxies.
Au début du siècle dernier, Victor Hess a découvert un nouveau phénomène appelé rayons cosmiques, qui lui a valu plus tard un prix Nobel. Il a effectué des vols en ballon à haute altitude pour constater que l’atmosphère terrestre n’était pas ionisée en raison de la radioactivité terrestre. Au lieu de cela, il a confirmé que l’origine de l’ionisation était extraterrestre. Plus tard, il a été déterminé que les « rayons » cosmiques étaient constitués de particules chargées provenant de l’espace se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière plutôt que… radiation. Cependant, le nom de « rayons cosmiques » est resté après ces résultats.
Développements récents dans la recherche sur les rayons cosmiques
Dans la nouvelle étude, le Dr Mohamed Shalabi, scientifique à l’Institut AIP et auteur principal de cette étude, et ses collaborateurs ont effectué des simulations numériques pour suivre les trajectoires de plusieurs particules de rayons cosmiques et étudier comment elles interagissent avec le plasma environnant composé de électrons et protons.
Lorsque les chercheurs ont étudié les rayons cosmiques se propageant d’un côté à l’autre de la simulation, ils ont découvert un nouveau phénomène qui excite les ondes électromagnétiques dans le plasma de fond. Ces ondes exercent une force sur les rayons cosmiques, modifiant ainsi leurs trajectoires sinueuses.
Comprendre les rayons cosmiques comme phénomène collectif
Plus important encore, ce nouveau phénomène peut être mieux compris si l’on considère que les rayons cosmiques n’agissent pas comme des particules individuelles, mais soutiennent plutôt une onde électromagnétique collective. Lorsque cette onde interagit avec les ondes fondamentales de fond, elle est fortement amplifiée et un transfert d’énergie se produit.
« Cette vision nous permet de considérer les rayons cosmiques comme des rayonnements et non comme des particules individuelles dans ce contexte, tout comme Viktor Hess le pensait à l’origine », explique le professeur Christoph Pfromer, chef du département de cosmologie et d’astrophysique des hautes énergies à l’AIP. .
Une bonne analogie pour ce comportement est que les molécules d’eau individuelles forment collectivement une vague qui se brise sur le rivage. « Ces progrès n’ont été réalisés qu’en considérant des échelles plus petites, jusqu’alors négligées, qui remettent en question l’utilisation de théories hydrodynamiques efficaces dans l’étude des processus plasmatiques », explique le Dr Mohamed Shalabi.
Effets et applications
Les instabilités du plasma récemment découvertes ont de nombreuses applications, notamment la première explication de la façon dont les électrons du plasma thermique interstellaire sont accélérés à des énergies élevées dans les restes de supernova.
« L’instabilité du plasma récemment découverte représente un progrès majeur dans notre compréhension du processus d’accélération et explique enfin pourquoi les restes de supernova brillent dans les rayons radio et gamma », explique Mohamed Shalabi.
De plus, cette découverte pionnière ouvre la porte à une compréhension plus approfondie des processus fondamentaux de transmission des rayons cosmiques dans les galaxies, qui représentent le plus grand mystère dans notre compréhension des processus qui façonnent les galaxies au cours de leur évolution cosmique.
Les références:
« Décrypter les bases physiques de l’instabilité à méso-échelle » par Mohamed Shalabi, Timon Thomas, Christoph Pfromer, Reuven Lemmers et Virginia Breschi, 12 décembre 2023, Journal de physique des plasmas.
est ce que je: 10.1017/S0022377823001289
« Mécanisme d’accélération efficace des électrons lors de chocs parallèles non relativistes » par Mohamed Shalabi, Reuven Lemmers, Timon Thomas, Christoph Pfromer, 4 mai 2022, Astrophysique > Phénomènes astrophysiques des hautes énergies.
arXiv:2202.05288
« Une nouvelle instabilité provoquée par les rayons cosmiques » par Mohamed Shalabi, Timon Thomas et Christoph Pfromer, 24 février 2021, le Journal d’astrophysique.
est ce que je: 10.3847/1538-4357/abd02d