Десятки лет астрофизики пытаются найти ответ на вопрос: какие процессы позволяют электронам разгоняться до релятивистских скоростей? Основной механизм, объясняющий этот процесс, зовется диффузным ударным ускорением или ускорением Ферми. Однако он требует возбуждения электронов до определенного энергетического уровня, и ученые пока не могут понять, откуда электроны получают первоначальный толчок.

Новое исследование показывает, что электроны могут разгоняться до высоких энергий за счет взаимодействия различных процессов, сообщает Science Daily. При помощи астрономических данных наблюдения за магнитосферой Земли, собранных зондами NASA в ходе миссий Magnitospheric Multiscale Mission (MMS) и THEMIS/ARTEMIS, ученые смогли обнаружить необычный феномен, произошедший 17 декабря 2017 года.

Тогда электроны в головной ударной волне — зоне столкновения солнечного ветра с магнитным щитом Земли — достигли беспрецедентного уровня энергии, превосходящего 500 кэВ. Для сравнения: обычно энергия электронов в головной ударной волне — около 1 кэВ.

Авторы утверждают, что высокоэнергетические электроны возникают в результате сложного взаимодействия множества механизмов ускорения, в том числе, взаимодействия электронов с различными плазменными волнами, переходными структурами в головной ударной волне, и магнитным щитом Земли. Все эти механизмы действуют вместе, ускоряя электроны от 1 кэВ до релятивистских энергий в 500 кэВ.

Уточнив модель ускорения ударной волны, исследование раскрывает фундаментальные процессы, управляющие переносом энергий во Вселенной, и указывает на новые способы изучения феномена возникновения космических лучей.

Астрономы и прежде знали, что магнитное поле участвовало в формировании внутренней области Солнечной системы, где возникли Земля и другие планеты земной группы. С помощью частиц астроида Рюгу ученые смогли ответить на вопрос, простирается ли магнитное воздействие на более отдаленные регионы.