Аннотация: В статье представлены исследования космических аппаратов Magnetospheres Multiscale (MMS) и их роли в обнаружении ливней электронов релятивистских энергий при поляризации квантового вакуума в космосе в процессе пересоединения (reconnection) в магнитных полях звезд и черных дыр. Указываются на возможность использования полученной информации о пересоединении при проектировании термоядерных реакторов и необходимость корректировки стандартной космологической модели ΛCDM (Λ- Cold Dark Matter).

Ключевые слова: квантовый вакуум, магнитное поле, поляризация, электрон, позитрон, черная дыра, пересоединение

«Новый тип электронных пучков был обнаружен в межзвездной среде» - под этим заголовком 3 декабря 2020 года ученые сообщили в новостях об открытии ранее неизвестного типа электронных пучков, которые образуются в межзвездной среде из-за взаимодействие излучений солнечной плазмы и магнитных полей. Статья с описанием исследования была принята к публикации в Astronomical Journal. Практически сразу после входа в межзвездную среду приборы «Вояджер» обнаружили в межзвездном пространстве электронные пучки неизвестной природы, движущиеся со скоростью, близкой к световой (рис. 1).

Дальнейшие наблюдения и данные других инструментов показали, что эти ускоренные частицы были связаны с ударными волнами, которые ударяют в межзвездную среду вместе с корональными выбросами и другими проявлениями солнечной активности. Эти волны достигли "Вояджеров" через несколько недель после генерируемых ими электронных лучей. Выйдя за пределы гелиосферы, эти плазменные скопления начали взаимодействовать с магнитным полем межзвездной среды. В результате присутствующие в них электроны были ускорены примерно в 670 раз. «Мы давно знали, что ударные волны могут ускорять частицы. Однако в данном случае речь идет о неизвестном ранее механизме этого ускорения. Кроме того, мы открыли похожие пучки частиц в совершенно новой для нас среде - межзвездном пространстве. По своим свойствам они сильно отличаются от солнечного ветра, где это явление уже изучалось», - пояснил профессор Гарнетт.

2. Миссия Magnetospheric Multiscale (MMS)

Рассмотрим механизм образования электрон-позитронных пар в околоземном пространстве за счет процессов пересоединения - взрывного контакта двух силовых линий магнитного поля в тонких слоях магнитосферы Земли под действием солнечного ветра на высоте до 25000 км. Четыре зонда NASA в рамках миссии Magnetospheric Multiscale (MMS) зафиксировали резкий всплеск электронов и позитронов в тонких слоях магнитного поля Земли при столкновении магнитосферы и солнечного ветра, создающего экстремально - турбулентную зону [1]. Быстрые частицы и античастицы рождаются и разлетаются из этой зоны в точно противоположных направлениях. Эти струи частиц оказываются типичными для реконнексии. Исследователь Тан Фан из Калифорнийского университета в Беркли заявил, что разрешение предыдущих измерений зондов было недостаточно, чтобы выявить реконнексию в тонких слоях магнитного поля. В рамках миссии MMS каждый из четырех трехметровых восьмиугольных зондов несет на себе 25 сенсоров и все четыре зонда с 2015 вращается вокруг Земли, выполняя основную задачу: исследовать взрывные краткосрочные процессы реконнексии. При этом важной их характеристикой является то, что измерительные инструменты обеспечивают точность и учет распределения частиц с временным разрешением в 37,5 и 7,5 миллисекунд. Такое разрешение в 80 и 400 раз соответственно выше, чем удавалось достичь ранее [1]. Создание электрон-позитронных пар в космическом квантовом вакууме (темная материя) при пересоединении в магнитных полях может быть одним из неизученных источников вторичных электронов и позитронов в космическом пространстве в непосредственной близости от источников сильных магнитных полей. «Измерения MMS имеют решающее значение, потому что мы можем понять, как магнитное пересоединение происходит где-то еще, даже если мы не можем туда добраться», - сказал Кевин Генестрети, исследователь MMS в Отделе Земли, океанов и космоса Юго-Западного исследовательского института. Благодаря MMS мы можем по-новому взглянуть на поведение плазмы в окрестностях черных дыр и на ядерные эксперименты на Земле. Плазма, то есть горячие заряженные газы, используемые в ядерных экспериментах, - это то же состояние вещества, через которое устройства MMS летают в космосе. Магнитное пересоединение, которое часто происходит внутри плазмы, представляет собой проблему для ученых, желающих удерживать плазму в ограниченном пространстве в ядерных экспериментах. Информация, полученная с помощью MMS, помогает ученым лучше понять и потенциально контролировать магнитное пересоединение, при котором электроны и потоки позитронов частиц и античастиц рождаются из квантового вакуума, летят со сверхсветовой скоростью в разных направлениях и разрушают стенки токомаков.

В совместной работе российских, японских и французских ученых, опубликованной 3 сентября 2020 г., в лабораторных условиях удалось получить раскаленное намагниченное вещество аккреционных дисков, идентичное структурам из окрестности черной дыры [2]. Внутри плазменного объема мишени, имеющего основные характеристики своего космического прототипа, магнитные поля были направлены навстречу друг другу. В то же время, в области соприкосновения противоположных магнитных линий произошла аннигиляция магнитного поля, что привело к появлению потоков электронов со скоростями, близкими к скорости света [2]. Этот процесс напоминает рождение релятивистских электрон-позитронных пар, обнаруженных в околоземное пространство при пересоединении - взрывном контакте между двумя силовыми линиями магнитного поля в тонких слоях магнитосферы Земли, детально изученный миссией MMS.

формате PDF (288Кб)