Hace cien años hoy el 29 de mayo 1919, Las mediciones de un eclipse solar ofrecieron una verificación de la teoría de la relatividad general de Einstein. Incluso antes de eso, Einstein había desarrollado la teoría de la relatividad especial, que revolucionó la forma en que entendemos la luz. Para este día, proporciona orientación para comprender cómo se mueven las partículas a través del espacio, un área clave de investigación para mantener las naves espaciales y los astronautas a salvo de la radiación.

La teoría de la relatividad especial mostró que las partículas de luz, fotones, viajar a través del vacío a un ritmo constante de 670, 616, 629 millas por hora, una velocidad que es inmensamente difícil de alcanzar e imposible de superar en ese entorno. Sin embargo, en todo el espacio desde los agujeros negros hasta nuestro entorno cercano a la Tierra, las partículas son, De hecho, siendo acelerado a velocidades increíbles, algunos incluso alcanzan el 99,9% de la velocidad de la luz.

Uno de los trabajos de la NASA es comprender mejor cómo se aceleran estas partículas. Estudiando estos superrápidos, o relativista, las partículas pueden, en última instancia, ayudar a proteger las misiones que exploran el sistema solar, viajando a la luna, y pueden enseñarnos más sobre nuestro vecindario galáctico:una partícula bien dirigida a la velocidad cercana a la de la luz puede disparar la electrónica a bordo y demasiadas a la vez podrían tener efectos de radiación negativos en los astronautas que viajan por el espacio mientras viajan a la Luna, o más allá.

Aquí hay tres formas en que ocurre la aceleración.

1. Campos electromagnéticos

La mayoría de los procesos que aceleran las partículas a velocidades relativistas funcionan con campos electromagnéticos, la misma fuerza que mantiene los imanes en su refrigerador. Los dos componentes, campos eléctricos y magnéticos, como dos caras de una misma moneda, trabajan juntos para batir partículas a velocidades relativistas en todo el universo.

En esencia, Los campos electromagnéticos aceleran las partículas cargadas porque las partículas sienten una fuerza en un campo electromagnético que las empuja. similar a cómo la gravedad tira de objetos con masa. En las condiciones adecuadas, Los campos electromagnéticos pueden acelerar las partículas casi a la velocidad de la luz.

En la tierra, Los campos eléctricos a menudo se aprovechan específicamente a escalas más pequeñas para acelerar las partículas en los laboratorios. Aceleradores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones y el Fermilab, Utilice campos electromagnéticos pulsados ​​para acelerar las partículas cargadas hasta un 99,99999896% de la velocidad de la luz. A estas velocidades, las partículas pueden aplastarse para producir colisiones con inmensas cantidades de energía. Esto permite a los científicos buscar partículas elementales y comprender cómo era el universo en las primeras fracciones de segundo después del Big Bang.

2. Explosiones magnéticas

Los campos magnéticos están en todas partes en el espacio, rodeando la Tierra y abarcando el sistema solar. Incluso guían partículas cargadas que se mueven por el espacio, que giran alrededor de los campos.

Cuando estos campos magnéticos chocan entre sí, pueden enredarse. Cuando la tensión entre las líneas cruzadas se vuelve demasiado grande, las líneas se rompen explosivamente y se realinean en un proceso conocido como reconexión magnética. El cambio rápido en el campo magnético de una región crea campos eléctricos, lo que hace que todas las partículas cargadas concomitantes sean arrojadas a altas velocidades. Los científicos sospechan que la reconexión magnética es una forma en que las partículas, por ejemplo, el viento solar, que es la corriente constante de partículas cargadas del sol, se acelera a velocidades relativistas.

Esas partículas veloces también crean una variedad de efectos secundarios cerca de los planetas. La reconexión magnética ocurre cerca de nosotros en puntos donde el campo magnético del sol empuja contra la magnetosfera de la Tierra, su entorno magnético protector. Cuando se produce una reconexión magnética en el lado de la Tierra que mira en dirección opuesta al sol, las partículas pueden ser arrojadas a la atmósfera superior de la Tierra donde encienden las auroras. También se cree que la reconexión magnética es responsable alrededor de otros planetas como Júpiter y Saturno, aunque de formas ligeramente diferentes.

La nave espacial Magnetosférica Multiescala de la NASA fue diseñada y construida para enfocarse en comprender todos los aspectos de la reconexión magnética. Usando cuatro naves espaciales idénticas, la misión vuela alrededor de la Tierra para captar la reconexión magnética en acción. Los resultados de los datos analizados pueden ayudar a los científicos a comprender la aceleración de partículas a velocidades relativistas alrededor de la Tierra y en todo el universo.

3. Interacciones onda-partícula

Las partículas pueden acelerarse mediante interacciones con ondas electromagnéticas, llamadas interacciones onda-partícula. Cuando chocan las ondas electromagnéticas, sus campos pueden comprimirse. Las partículas cargadas que rebotan de un lado a otro entre las ondas pueden ganar energía similar a una pelota que rebota entre dos paredes que se fusionan.

Este tipo de interacciones ocurren constantemente en el espacio cercano a la Tierra y son responsables de acelerar las partículas a velocidades que pueden dañar la electrónica de las naves espaciales y los satélites en el espacio. Misiones de la NASA, como las sondas de Van Allen, ayudar a los científicos a comprender las interacciones onda-partícula.

También se cree que las interacciones onda-partícula son responsables de la aceleración de algunos rayos cósmicos que se originan fuera de nuestro sistema solar. Después de una explosión de supernova, un caliente, Una capa densa de gas comprimido llamada onda expansiva se expulsa del núcleo estelar. Lleno de campos magnéticos y partículas cargadas, Las interacciones onda-partícula en estas burbujas pueden lanzar rayos cósmicos de alta energía al 99,6% de la velocidad de la luz. Las interacciones onda-partícula también pueden ser parcialmente responsables de la aceleración del viento solar y los rayos cósmicos del sol.