Die Sonne ist nicht das, was wir dachten? Es gibt eine andere Welt außerhalb von Corona!

Wissenschaftler führen Sonnenplasma auf hochenergetische Teilchen zurück

Die Erkenntnisse könnten Forschern helfen, gefährliches Weltraumwetter vorherzusagen.

Nahaufnahme der Sonne, die die Oberflächenaktivität und die Sonnenkorona zeigt

(Bildnachweis: Dr. Pixel/Getty Images)

Wissenschaftler haben möglicherweise herausgefunden, wie und wann hochenergetische Teilchen die Erde und andere Objekte bombardieren, die aus rauen Umgebungen wie der Sonnenatmosphäre auftauchen.

Diese hochenergetischen Partikel stellen eine Gefahr für die empfindliche Satellitentechnologie und Astronauten dar und können sogar Flugzeuge beeinträchtigen, die über dem Polarkreis fliegen. Obwohl Forscher diese Beispiele seit Jahrzehnten untersuchen, ist es nach wie vor eine Herausforderung, die Muster, nach denen Notfälle auftreten können, klar zu verstehen und Gefahren vorherzusagen, wenn sie eintreten.

In der neuesten Studie identifizierten Wissenschaftler auf der Grundlage von Supercomputersimulationen das Plasma in der äußeren Atmosphäre der Sonne als Quelle hochenergetischer Teilchen.

„Diese spannende neue Forschung wird es uns ermöglichen, die Ursprünge solarer Energieteilchen besser zu verstehen und Modelle zur Vorhersage von Weltraumwetterereignissen zu verbessern, was ein wichtiges Ziel der NASA und anderer Weltraumagenturen und Regierungen auf der ganzen Welt ist“, sagte Luca Comisso, Forscher an der Columbia University und Co-Autor der Studie, in einer Erklärung.

Die äußere Atmosphäre der Sonne – die Korona – besteht aus Plasma, was bedeutet, dass die Atome unter heftigen Bedingungen ihre Elektronen verlieren.

Solarforscher gehen davon aus, dass in diesem hochturbulenten Meer aus abgestreiften Atomen (Ionen) hochenergetische Teilchen entstehen.

Dies lässt sich jedoch nur schwer untersuchen, da die Plasmabewegung unregelmäßig und unvorhersehbar ist. Daher war es schon immer ein Rätsel, wie und wann hochenergetische Teilchen erzeugt werden.

Comisso und Lorenzo Sironi, ebenfalls aus Kolumbien, verfeinerten die Simulationen mithilfe von NASA-Supercomputern in Kolumbien und dem National Energy Research Scientific Computing Center, um die genaue Bewegung von Elektronen und Ionen im Sonnenplasma zu simulieren. Dadurch entsteht ein hervorragender Proxy für die Korona und es werden die bislang detailliertesten Daten darüber bereitgestellt, wann und wie sich hochenergetische Teilchen in der Region bilden.

Simulationen zeigen, dass Magnetfelder in der Korona Elektronen und Ionen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen und in den Weltraum schleudern können.

Die Forschungsergebnisse tragen zur Lösung einer Frage bei, die Wissenschaftler seit 1949 beschäftigt, als Enrico Fermi erstmals begann, Magnetfelder im Weltraum als Quelle hochenergetischer Teilchen zu untersuchen, die seiner Beobachtung nach die Erdatmosphäre bombardierten. Fermis Arbeit brachte Physiker zu der Annahme, dass sich hinter einigen dieser Teilchen möglicherweise das Plasma der Sonne verbirgt, während andere aus den Tiefen des Weltraums auf die Erde geschleudert werden. Der Beweis dieser Hypothese erwies sich jedoch als schwierig.

Während die Ergebnisse des Teams auf Simulationen basieren, könnte die Parker Solar Probe der Raumfahrtbehörde dazu beitragen, die Forschung weiter zu validieren, sagte Commisso.

Die Parker Solar Probe beobachtet unseren Stern seit dem Start der Raumsonde im Jahr 2018. Zu ihrer Mission gehört es unter anderem, die turbulente äußere Atmosphäre der Sonne zu untersuchen. Dies bedeutet, dass die Parker Solar Probe die Verteilung der in der Sonnenkorona erzeugten hochenergetischen Teilchen direkt beobachten kann.

Die Ergebnisse der neuen Arbeit haben auch Auswirkungen über das Sonnensystem hinaus. Alle Sterne bestehen hauptsächlich aus Plasma, was bedeutet, dass sich die überwiegende Mehrheit der Materie, die die Astronomen sehen, in diesem Aggregatzustand befindet (nicht gasförmig, flüssig oder fest). Ein besseres Verständnis der Art und Weise, wie Plasmen Teilchen beschleunigen, könnte nicht nur die hochenergetischen Teilchen erklären, die man um die Sonne und andere Sterne herum beobachtet, sondern auch die Teilchen, die um andere kosmische Objekte wie Neutronensterne und Schwarze Löcher herum auftreten.

Dies eröffnet neue Möglichkeiten, wie wir in Zukunft untersuchen können, wie weit entfernte Sterne, Schwarze Löcher und Neutronensterne ihre eigenen hochenergetischen Elektronen erzeugen.

„Unsere Ergebnisse konzentrieren sich auf die Sonne, können aber auch als besseres Verständnis dafür angesehen werden, wie Sterne in der Nähe weit entfernter Schwarzer Löcher hochenergetische Teilchen produzieren“, sagte Commisso.

„Wir können durch Supercomputer-Simulationen nur einen kleinen Teil der Entstehung dieser Teilchen im Universum ankratzen.“

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 13. September in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

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Ein Neutronenstern ist einer der wenigen möglichen Endpunkte eines Sterns am Ende seiner Entwicklung, nachdem er einen Gravitationskollaps erlitten hat und in einer Supernova explodiert. Nachdem Wasserstoff, Helium, Kohlenstoff und andere Elemente im Kern eines Sterns in Kernfusionsreaktionen verbraucht und schließlich in Eisen umgewandelt wurden, kann der Stern keine Energie mehr aus Fusionsreaktionen gewinnen. Die äußere Materie, die die Unterstützung durch den thermischen Strahlungsdruck verliert, fällt aufgrund der Schwerkraft schnell in Richtung Kern, was dazu führen kann, dass die kinetische Energie der äußeren Hülle in thermische Energie umgewandelt wird und nach außen explodiert, was eine Supernova-Explosion verursacht. Abhängig von der Masse des Sterns wird der innere Bereich des Sterns zu einem Weißen Zwerg, Neutronenstern oder Schwarzen Loch komprimiert.

VON: Robert Lea

FY: Menschlicher Arbeitsbereich

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