Jupiter urychluje elektrony na rychlost blízkou rychlosti světla

Rázová vlna obří planety Jupiter nejen odklání sluneční vítr, ale funguje také jako silný urychlovač částic, který vystřeluje elektrony na relativistické energie nejméně 1 MeV, jak vyplývá z nové analýzy dat z kosmické sondy Juno provozované NASA.

Popis k obrázku v úvodu článku: Jak planety a hvězdy procházejí proudy nabitých částic proudícími vesmírem, jejich magnetická pole fungují jako překážky. Přilétající částice jsou zpomalovány a odkláněny, čímž vzniká hranice zvaná rázová vlna. Těsně před touto hranicí se nachází proměnná oblast (tzv. foreshock), kde magnetické podmínky mohou některé částice urychlit téměř na rychlost světla.

Rázové vlny jsou poruchy způsobené pohybem rušivého prvku/objektu/kapaliny v tekutině rychlejším než je lokální rychlost zvuku, což způsobuje náhlou změnu tlaku na hranici mezi nimi. Typickými příklady jsou příďové rázové vlny, kde se setkávají planetární atmosféry a sluneční vítr, pojmenované podle analogických rázových vln vyvolaných na vodě přídí lodě.

Většina rázových vln v kosmické plazmatu se odehrává bez srážek, protože hustoty částic jsou příliš nízké na to, aby přímé srážky mezi částicemi přeměnily energii rázové vlny na teplo. Místo toho se to děje elektromagnetickými silami.

Předpokládá se, že takovéto rázové vlny jsou místem, kde kosmické paprsky mohou zrychlovat na relativistické rychlosti (blízké rychlosti světla), což je proces známý jako relativistické zrychlení elektronů. Nedostatek přímých pozorovacích důkazů však omezil chápání vědců toho, jak tyto struktury fungují.

„Astronomové hledají původ kosmického záření od jeho objevu před více než 100 lety,“ uvedl ve svém prohlášení Savvas Raptis z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory a jeho kolegové. „Tyto energetické částice mohou pocházet z mnoha zdrojů, včetně supernov a erupcí na Slunci. Když sluneční kosmické záření dosáhne Země, může vyvolat efekty kosmického počasí, které naruší satelity, komunikaci a energetické systémy.“

„Mise NASA ukázaly, jak se některé elektrony stávají vysoce energetickými v oblasti poblíž Země před rázovou vlnou, kde se sluneční částice poprvé setkávají s magnetickým polem naší planety. Vědci měli podezření, že stejný proces je zodpovědný za urychlování vysokoenergetických částic i na jiných planetách a astrofyzikálních systémech, ale doposud to nemohli potvrdit,“ dodává Savvas Raptis.

Vědci analyzovali data shromážděná sondou Juno 1. října 2023, když se blížila k Jupiteru. Než sonda překročila samotnou rázovou vlnu na přídi, proletěla turbulentní oblastí před ní, která se tvoří proti proudu, kde sluneční vítr poprvé „pocítí“ magnetický vliv planety.

Během zhruba 20minutového okna Juno zaznamenala velkou, bublinovitou poruchu zvanou přechodový jev před rázovou vlnou. Pomocí tří palubních přístrojů sonda naměřila elektrony urychlované na energie až 1 MeV přímo uvnitř této struktury.

„Využitím těchto a doplňkových pozorování Sluneční soustavy navrhujeme univerzální zákon škálování pro Hillasův limit, který empiricky propojuje pozorovatelnou velikost přechodového jevu s maximální energií částic,“ uzavřeli autoři.

„Aplikace tohoto škálování na různá prostředí, od planetárních rázových vln až po protohvězdné výtrysky a zbytky supernov, vede k jednoduchému modelu maximálních dosažitelných energií částic v rozsahu od MeV až po desítky GeV, respektive desítky TeV, což poskytuje observačně podloženou metodu pro omezení maximálních energií kosmického záření při astrofyzikálních rázových vlnách.“

Článek byl publikován 3. června 2026 v časopise Nature.

Zdroj: https://www.sci.news/space/jupiter-bow-shock-electron-acceleration-14822.html

autor: František Martinek