IBEX obserwuje międzygwiezdne pole magnetyczne

nasasibexobs

Natychmiast po starcie w 2008 roku satelita IBEX czyli Interstellar Boundary Explorer zauważył ciekawą cechę cienkiego wycinka przestrzeni: w cienkim fragmencie nieba można było zaobserwować znacznie intensywniejszy strumień cząsteczek niż gdziekolwiek indziej. Pochodzenie tak zwanej wstążki IBEX było nieznane – jednak jej istnienie otworzyło drzwi do obserwowania tego co znajduje się poza naszym Układem Słonecznym, tak samo jak krople deszczu na oknie mówią dużo o pogodzie na zewnątrz.

Teraz nowe badania danych zebranych przez sondę IBEX oraz symulacje granicy międzygwiezdnej – która leży na samej krawędzi olbrzymiego bąbla magnetycznego otaczającego nasz Układ Słoneczny, zwanego heliosferą – pozwalają nam lepiej opisać przestrzeń w naszym galaktycznym otoczeniu. Artykuł opublikowany 8 lutego 2016 roku w periodyku Astrophysical Journal Letters precyzyjnie określa siłę i kierunek pola magnetycznego poza heliosferą. Tego typu informacje pozwalają nam badać oddziaływania magnetyczne w Galaktyce, dzięki czemu dowiadujemy się więcej o otoczeniu naszego układu planetarnego.

Nowy artykuł opiera się na jednej z teorii pochodzenia wstążki IBEX, mówiącej o tym, że cząsteczki wpływające ze wstążki to w rzeczywistości materia słoneczna odbita z powrotem w naszą stronę po długiej podróży do granic oddziaływania magnetycznego Słońca. Wokół Słońca istnieje olbrzymi „bąbel” zwany heliosferą, wypełniony tzw. wiatrem słonecznym czyli stałym wypływem zjonizowanego gazu (plazmy) ze Słońca. Gdy cząsteczki wiatru słonecznego osiągają granicę heliosfery, ich ruch staje się skomplikowany.

Powyższa symulacja przedstawia pochodzenie cząstek we wstążce o różnej energii lub prędkości. Cząśteczki tworzące wstążkę IBEX oddziałują z międzygwiezdnym polem magnetycznym (oznaczonym tutaj ISMF) i wracają w kierunku Ziemi, przez co wydaje się, że wstążka rozpościera się na całe niebo. Źródło: SwRI/Zirnstein
Powyższa symulacja przedstawia pochodzenie cząstek we wstążce o różnej energii lub prędkości. Cząsteczki tworzące wstążkę IBEX oddziałują z międzygwiezdnym polem magnetycznym (oznaczonym tutaj ISMF) i wracają w kierunku Ziemi, przez co wydaje się, że wstążka rozpościera się na całe niebo. Źródło: SwRI/Zirnstein

Teoria mówi, że niektóre protony wiatru słonecznego są zawracane z powrotem w kierunku Słońca gdy neutralne atomy po skomplikowanej serii wymian ładunku, tworzą wstążkę IBEX,” mówi Eric Zirnstein, naukowiec z Southwest Reseach Institute w San Antonio w Teksasie, główny autor opracowania. „Symulacje w połączeniu z obserwacjami IBEX pozwoliły na uznanie tego procesu – który średnio zabiera od trzech do sześciu lat – za najbardziej prawdopodobne źródło wstążki IBEX.”

Poza heliosferą znajduje się ośrodek międzygwiezdny, w którym plazma charakteryzuje się prędkością, gęstością i temperaturą inną od plazmy słonecznej. Owa materia oddziałuje z krawędzią heliosfery tworząc obszar znany jako płaszcz Układu Słonecznego, który od wnętrza odgrodzony jest szokiem końcowym – który znajduje się dwa razy dalej od nas niż Pluton – a z zewnątrz odgrodzony jest heliopauzą, granicą między wiatrem słonecznym i porównywalnie gęstym ośrodkiem międzygwiezdnym.

Niektóre protony wiatry słonecznego wypływające ze Słońca i podążające do tej granicy uzyskają elektron, przez co staną się neutralne i przekroczą heliopauzę. Gdy już się znajdą w ośrodku międzygwiezdnym mogą ponownie utracić ten elektron i rozpocząć podążać zgodnie z liniami międzygwiezdnego pola magnetycznego. Jeżeli takie cząsteczki „złapią” kolejny elektron we właściwym miejscu i o właściwym czasie, zostaną z powrotem wepchnięte w heliosferę, w której będą podróżować z powrotem w kierunku Ziemi gdzie mogą się zderzyć…. z detektorem zainstalowanym na pokładzie satelity IBEX. Cząsteczki przenoszą informacje o swoim oddziaływaniu z międzygwiezdnym polem magnetycznym i uderzając w detektor mogą dać nam wgląd w charakterystykę tego obszaru przestrzeni kosmicznej.

„Tylko sonda Voyager 1 jak dotąd bezpośrednio obserwowała międzygwiezdne pole magnetyczne, a i w tym przypadku było to tylko pole magnetyczne tuż przy heliopauzie, tam gdzie jest ono zaburzone,” mówi Zirnstein. „Jednak ta analiza  pozwala na określenie siły i kierunku pola znacznie dalej.

Kierunki różnych cząsteczek wstążki  odbijanych z powrotem w kierunku Ziemi określane są przez charakterystykę międzygwiezdnego pola magnetycznego. Przykładowo symulacje wskazują, że najbardziej energetyczne cząsteczki pochodzą z innych obszarów przestrzeni kosmicznej niż najmniej energetyczne cząsteczki, dzięki czemu możemy dowiedzieć się jak międzygwiezdne pole magnetyczne oddziałuje z heliosferą.

image description
Wstążka IBEX to stosunkowo wąski pas cząsteczek wlatujących w kierunku Słońca spoza heliosfery.

W najnowszych badaniach właśnie takie obserwacje wykorzystane zostały jako dane wejściowe do symulacji pochodzenia wstążki. Nie tylko te symulacje prawidłowo przewidują położenie neutralnych cząsteczek wstążki o różnych energiach, lecz także przewidywane przez nie międzygwiezdne pole magnetyczne zgadza się z pomiarami wykonanymi przez sondę Voyager 1, odchyleniem międzygwiezdnego neutralnego gazu i obserwacjami odległego spolaryzowanego promieniowania gwiazd.

Niemniej jednak, niektóre wstępne symulacje międzygwiezdnego pola magnetycznego nie pasują do obserwacji. Szacunki opracowane przed danymi z IBEX opierały się w dużej mierze na dwóch punktach – odległościach, w których Voyager 1 i 2 przekroczył szok końcowy.

„Voyager 1 przekroczył szok końcowy w odległości 94 jednostek astronomicznych (AU) od Słońca, a Voyager 2 w odległości 84 AU,” mówi Zirnstein. 1 AU to odległość równa średniej odległości Ziemi od Słońca czyli ok. 150 milionów kilometrów. „Różnica prawie 1.5 miliarda kilometrów może być tłumaczona silnym, bardzo nachylonym międzygwiezdnym polem magnetycznym napierającym na heliosferę.”

Jednak owa różnica może być także tłumaczona silniejszym wpływem cyklu słonecznego, który może prowadzić do zmian siły wiatru słonecznego, a tym samym odległości w której znajduje się szok końcowy. Obie sondy Voyager wykonały swoje pomiary w odstępie trzech lat, co jest wystarczającym okresem na znaczną zmianę natężenia wiatru słonecznego, a tym samym odległości szoku końcowego.

Więcej informacji:

Źródło: ApJL/Goddard Space Flight Center