Los científicos han utilizado datos de la misión Magnetospheric Multiscale (MMS) dirigida por el Southwest Research Institute para explicar la presencia de elementos pesados ​​energéticos en los rayos cósmicos galácticos (GCR). Los GCR están compuestos por partículas energéticas de rápido movimiento, principalmente iones de hidrógeno llamados protones, los elementos más ligeros y abundantes del universo. Los científicos han debatido durante mucho tiempo cómo se aceleran las trazas de iones pesados ​​en los GCR.

La explosión de supernova de una estrella moribunda crea ondas de choque masivas que se propagan a través del espacio circundante, iones acelerados en su camino hacia energías muy altas, creando GCR. La forma en que los iones pesados ​​se energizan y aceleran es importante porque afectan la redistribución de la masa en todo el universo y son esenciales para la formación de elementos aún más pesados ​​y químicamente complejos. También influyen en cómo percibimos las estructuras astrofísicas.

"Se cree que los iones pesados ​​son insensibles a una onda de choque entrante porque son menos abundantes, y la energía de choque se consume abrumadoramente por la preponderancia de protones. Visualice de pie en una playa mientras las olas mueven la arena bajo sus pies, mientras permaneces en el lugar, "dijo el Dr. Hadi Madanian de SwRI, el autor principal del artículo sobre esta investigación publicado en Cartas de revistas astrofísicas . "Sin embargo, esa visión clásica de cómo se comportan los iones pesados ​​en condiciones de choque no siempre es la que hemos visto en observaciones MMS de alta resolución del entorno espacial cercano a la Tierra ".

Los fenómenos de choque también ocurren en el entorno cercano a la Tierra. El campo magnético del Sol es transportado a través del espacio interplanetario por el flujo de viento solar supersónico, que está obstruido y desviado por la magnetosfera de la Tierra, una burbuja de protección alrededor de nuestro planeta de origen. Esta región de interacción se llama arco de choque debido a su forma curva, comparable a las olas de proa que ocurren cuando un barco viaja a través del agua. El arco de choque de la Tierra se forma a una escala mucho menor que los choques de supernova. Sin embargo, a veces, Las condiciones de este pequeño choque se asemejan a las de los restos de supernova. El equipo utilizó mediciones in situ de alta resolución de la nave espacial MMS en el arco de choque para estudiar cómo se aceleran los iones pesados.

"Observamos una intensa amplificación del campo magnético cerca del arco de choque, una propiedad conocida asociada con impactos fuertes como los restos de supernovas. Luego analizamos cómo se comportaron las diferentes especies de iones cuando se encontraron con el arco de choque, ", Dijo Madanian." Descubrimos que estos campos mejorados modifican significativamente la trayectoria de los iones pesados, redirigiéndolos a la zona de aceleración del choque ".

Si bien no se esperaba que este comportamiento ocurriera para iones pesados, el equipo identificó evidencia directa de este proceso en partículas alfa, iones de helio que son cuatro veces más masivos que los protones y tienen el doble de carga.

"La excelente resolución de las observaciones de MMS nos ha dado una imagen mucho más clara de cómo una onda de choque energiza los elementos pesados. Podremos usar esta nueva comprensión para mejorar nuestros modelos informáticos de aceleración de rayos cósmicos en choques astrofísicos, "dijo David Burgess, profesor de matemáticas y astronomía en la Universidad Queen Mary de Londres y coautor del artículo. "Los nuevos hallazgos tienen implicaciones significativas para la composición de los rayos cósmicos y los espectros de radiación observados en las estructuras astrofísicas".