Muy por encima de la superficie El campo magnético de la Tierra desvía constantemente las partículas supersónicas entrantes del sol. Estas partículas se alteran en regiones situadas justo fuera del campo magnético de la Tierra, y algunas se reflejan en una región turbulenta llamada premonición. Nuevas observaciones de la misión THEMIS de la NASA muestran que esta región turbulenta puede acelerar los electrones a velocidades que se acercan a la velocidad de la luz. Partículas tan extremadamente rápidas se han observado en el espacio cercano a la Tierra y en muchos otros lugares del universo, pero los mecanismos que los aceleran aún no se han entendido de manera concreta.

Los nuevos resultados proporcionan los primeros pasos hacia una respuesta, mientras abre más preguntas. La investigación encuentra que los electrones pueden acelerarse a velocidades extremadamente altas en una región más alejada de la Tierra de lo que se creía posible, lo que lleva a nuevas investigaciones sobre las causas de la aceleración. Estos hallazgos pueden cambiar las teorías aceptadas sobre cómo los electrones pueden acelerarse no solo en choques cerca de la Tierra, pero también en todo el universo. Tener una mejor comprensión de cómo se energizan las partículas ayudará a los científicos e ingenieros a equipar mejor las naves espaciales y los astronautas para lidiar con estas partículas. lo que puede hacer que el equipo funcione mal y afectar a los viajeros espaciales.

"Esto afecta prácticamente a todos los campos que se ocupan de partículas de alta energía, desde estudios de rayos cósmicos hasta erupciones solares y eyecciones de masa coronal, que tienen el potencial de dañar los satélites y afectar a los astronautas en expediciones a Marte, "dijo Lynn Wilson, autor principal del artículo sobre estos resultados en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Los resultados, publicado en Cartas de revisión física el 14 de noviembre 2016, describen cómo estas partículas pueden acelerarse en regiones específicas más allá del campo magnético de la Tierra. Típicamente, una partícula que fluye hacia la Tierra se encuentra primero con una región límite conocida como arco de choque, que forma una barrera protectora entre el sol y la Tierra. El campo magnético en el arco de choque ralentiza las partículas, provocando que la mayoría se desvíe de la Tierra, aunque algunos se reflejan hacia el sol. Estas partículas reflejadas forman una región de electrones e iones llamada región de premonición.

Algunas de esas partículas en la región de premonición son muy energéticas, electrones e iones de movimiento rápido. Históricamente, Los científicos han pensado que una forma en que estas partículas llegan a energías tan altas es rebotando hacia adelante y hacia atrás a través del arco de choque, ganando un poco de energía extra de cada colisión. Sin embargo, Las nuevas observaciones sugieren que las partículas también pueden ganar energía a través de la actividad electromagnética en la propia región del premontaje.

Las observaciones que llevaron a este descubrimiento se tomaron de uno de los satélites de misión THEMIS, abreviatura de Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms. Los cinco satélites THEMIS rodearon la Tierra para estudiar cómo la magnetosfera del planeta capturaba y liberaba energía eólica solar. para comprender qué inicia las subtormentas geomagnéticas que provocan las auroras. Las órbitas de THEMIS llevaron a la nave espacial a través de las regiones fronterizas del premontaje. La misión principal THEMIS concluyó con éxito en 2010 y ahora dos de los satélites recopilan datos en órbita alrededor de la luna.

Operando entre el sol y la Tierra, la nave espacial encontró electrones acelerados a energías extremadamente altas. Las observaciones aceleradas duraron menos de un minuto, pero eran mucho más altos que la energía promedio de las partículas en la región, y mucho más alto de lo que puede explicarse solo por las colisiones. Las observaciones simultáneas de las naves espaciales Wind y STEREO no mostraron explosiones de radio solar ni choques interplanetarios. por lo que los electrones de alta energía no se originaron a partir de la actividad solar.

"Este es un caso desconcertante porque estamos viendo electrones energéticos donde no creemos que deberían estar, y ningún modelo les queda, "dijo David Sibeck, coautor y científico del proyecto THEMIS en NASA Goddard. "Hay una brecha en nuestro conocimiento, falta algo básico ".

Los electrones tampoco podrían haberse originado en el arco de choque, como se había pensado anteriormente. Si los electrones se aceleraran en el arco de choque, tendrían una dirección de movimiento y una ubicación preferidas, en línea con el campo magnético y alejándose del arco de choque en un pequeño, región específica. Sin embargo, los electrones observados se movían en todas direcciones, no solo a lo largo de las líneas del campo magnético. Adicionalmente, el arco de choque solo puede producir energías de aproximadamente una décima parte de las energías de los electrones observados. En lugar de, Se descubrió que la causa de la aceleración de los electrones estaba dentro de la propia región de premonición.

"Parece sugerir que las cosas a una escala increíblemente pequeña están haciendo esto porque las cosas a gran escala no pueden explicarlo, "Dijo Wilson.

Se han observado partículas de alta energía en la región del premontaje durante más de 50 años, pero hasta ahora nadie había visto que los electrones de alta energía se originaran dentro de la región del premontaje. Esto se debe en parte a la corta escala de tiempo en la que se aceleran los electrones, ya que las observaciones anteriores habían promediado durante varios minutos, que puede haber ocultado cualquier evento. THEMIS recopila observaciones mucho más rápidamente, haciéndolo excepcionalmente capaz de ver las partículas.

Próximo, los investigadores pretenden recopilar más observaciones de THEMIS para determinar el mecanismo específico detrás de la aceleración de los electrones.