Los físicos confirman que la teoría del crecimiento de las ondas funciona en el espacio

Un equipo de la Universidad de Nagoya en Japón ha observado, por primera vez, la transferencia de energía de electrones resonantes a ondas en modo silbido en el espacio. Sus resultados ofrecen evidencia directa del crecimiento eficiente previamente teorizado como lo predice la teoría del crecimiento de ondas no lineales. Esto debería mejorar nuestra comprensión no solo de la física de los plasmas espaciales, sino también del clima espacial, un fenómeno que afecta a los satélites.

Cuando las personas imaginan el espacio exterior, a menudo lo ven como un vacío perfecto. De hecho, esta impresión es falsa porque el vacío está lleno de partículas cargadas. En las profundidades del espacio, la densidad de las partículas cargadas se vuelve tan baja que rara vez chocan entre sí. En lugar de colisiones, las fuerzas relacionadas con los campos eléctricos y magnéticos que llenan el espacio controlan el movimiento de las partículas cargadas. Esta ausencia de colisiones se da en todo el espacio, excepto en los objetos celestes muy cercanos, como estrellas, lunas o planetas. En estos casos, las partículas cargadas ya no viajan en el vacío del espacio sino a través de un medio donde pueden chocar con otras partículas.

Alrededor de la Tierra, estas interacciones de partículas cargadas generan ondas, incluidas ondas electromagnéticas en modo silbido, que dispersan y aceleran algunas de las partículas cargadas. Cuando aparecen auroras difusas alrededor de los polos de los planetas, los observadores ven los resultados de una interacción entre ondas y electrones. Dado que los campos electromagnéticos son tan importantes en el clima espacial, el estudio de estas interacciones debería ayudar a los científicos a predecir las variaciones en la intensidad de las partículas altamente energéticas. Esto podría ayudar a proteger a los astronautas y satélites de los peores efectos del clima espacial.

Un equipo que incluye al Profesor Asistente Designado Naritoshi Kitamura y al Profesor Yoshizumi Miyoshi del Instituto de Ciencias Espaciales y de la Tierra (ISEE) de la Universidad de Nagoya, así como investigadores de la Universidad de Tokio, la Universidad de Kyoto, la Universidad de Tohoku, la Universidad de Osaka y la Exploración Aeroespacial de Japón. (JAXA), y varios colaboradores internacionales, utilizaron principalmente datos obtenidos con espectrómetros de electrones de baja energía, llamados Fast Plasma Investigation-Dual Electron Spectrometers, a bordo de la nave espacial Magnetospheric Multiscale de la NASA. Analizaron las interacciones entre los electrones y las ondas en modo silbido, que también fueron medidas por la nave espacial. Al aplicar un método de uso de un analizador de interacción de partículas de onda, pudieron detectar directamente la transferencia continua de energía de los electrones resonantes a las ondas en modo silbido en la ubicación de la nave espacial en el espacio. De esto derivaron la tasa de crecimiento de la ola. Los investigadores publicaron sus hallazgos en Nature Communications.

El hallazgo más importante fue que los resultados observados coincidían con la hipótesis de que en esta interacción se produce un crecimiento no lineal. «Esta es la primera vez que alguien observa directamente el crecimiento eficiente de las ondas en el espacio para la interacción onda-partícula entre los electrones y las ondas en modo silbido», dice Kitamura. “Esperamos que los resultados contribuyan a la investigación sobre diversas interacciones onda-partícula y también mejoren nuestra comprensión de los avances en la investigación de la física del plasma. Como fenómenos más específicos, los resultados contribuirán a nuestra comprensión de la aceleración de los electrones a altas energías en el cinturón de radiación, que a veces se denominan «electrones asesinos» porque causan daños en los satélites, así como la pérdida de electrones de alta energía. en la atmósfera, que forman auroras difusas.

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Este trabajo fue apoyado por Grant-in-Aid for Scientific Research (17H06140, 18H03727, 21K13979) de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.