مطالعه حباب محافظ منظومه شمسی ما
آیا هلیوسفر به این شکل است؟ تحقیقات جدید این امر را تایید میکند. اندازه و شکل “میدان نیروی” مغناطیسی که از منظومه شمسی ما در برابر پرتوهای مرگبار کیهانی محافظت میکند، مدت ها مورد بحث اخترفیزیکدانان بوده است. اعتبار: Merav Opher, et. Al
یک تیم چند نهادی متشکل از اخترفیزیکدانان مستقر در دانشگاه بوستون، به رهبری مراو اوفر، اخترفیزیکدان دانشگاه BU، کشف مهمی در درک ما از نیروهای کیهانی ایجاد کردهاند که حباب محافظ اطراف منظومه شمسی ما را شکل میدهند – حبابی که به حیات روی زمین پناه میدهد و توسط محققان فضایی به عنوان هلیوسفر شناخته میشود.
اخترفیزیکدانان بر این باورند که هلیوسفر از سیارات منظومه شمسی ما در برابر تشعشعات قدرتمندی که از ابرنواخترها ساطع میشود، یعنی انفجارهای نهایی ستارگان در حال مرگ در سراسر جهان محافظت میکند. آنها بر این باورند که هلیوسفر بسیار فراتر از منظومه شمسی ما گسترش یافته است، اما با وجود حائل عظیم در برابر تشعشعات کیهانی که هلیوسفر اشکال حیاتی زمین را فراهم میکند، هیچ کس واقعاً شکل هلیوسفر – یا اندازه آن را نمیداند.
جیمز دریک (اخترفیزیکدان دانشگاه از مریلند که با اوفر همکاری میکند) میگوید: “حبابی که ما را احاطه کرده است، توسط خورشید تولید میشود، از پرتوهای کیهانی کهکشانی محافظت میکند و شکل آن میتواند بر نحوه ورود آن پرتوها به هلیوسفر تأثیر بگذارد.” نظریههای زیادی وجود دارد، اما، البته، راهی که پرتوهای کیهانی کهکشانی میتوانند وارد شوند، میتواند تحت تأثیر ساختار هلیوسفر باشد.
تیم اوفر برخی از متقاعدکنندهترین شبیهسازیهای کامپیوتری هلیوسفر را بر اساس مدلهای ساخته شده بر روی دادههای قابل مشاهده و اخترفیزیک نظری ساختهاند. در BU، در مرکز فیزیک فضایی، اوفر، استاد نجوم کالج هنر و علوم، یک مرکز علمی ناسا درایو (تنوع، تحقق، ادغام، سرمایهگذاری، آموزش) را رهبری میکند که با بودجه 1.3 میلیون دلاری ناسا حمایت میشود. این تیم، متشکل از کارشناسانی است که از 11 دانشگاه و موسسه تحقیقاتی دیگر استخدام کردهاند، مدلهای پیشبینیکننده هلیوسفر را در تلاشی توسعه میدهد که تیم شیلد (باد خورشیدی با تبادل یون هیدروژن و دینامیک در مقیاس بزرگ) مینامد.
از زمانی که مرکز علمی بو ناسا درایو برای اولین بار در سال 2019 بودجه دریافت کرد، تیم اوفر شیلد به دنبال پاسخ به چندین سؤال گیج کننده بود: ساختار کلی هلیوسفر چیست؟ ذرات یونیزه آن چگونه تکامل مییابند و بر فرآیندهای هلیوسفر تأثیر میگذارند؟ هلیوسفر چگونه بر محیط بین ستارهای، ماده و تشعشعات بین ستارهها تأثیر میگذارد؟ و چگونه پرتوهای کیهانی توسط هلیوسفر فیلتر شده یا توسط آن منتقل میشوند؟
اوفر میگوید: «شیلد نظریه، مدلسازی و مشاهدات را برای ساخت مدلهای جامع ترکیب میکند. “همه این اجزای مختلف با هم کار میکنند تا به درک معماهای هلیوسفر کمک کنند.”
و اکنون مقاله اوفر و همکارانش نشان میدهد که ذرات هیدروژن خنثی که از خارج از منظومه شمسی ما جاری میشوند به احتمال زیاد نقش مهمی در شکلگیری هلیوسفر ما دارند.
در آخرین مطالعه خود، تیم اوفر میخواستند بفهمند که چرا جتهای هلیوسفر ناپایدار میشوند.
تحقیقات جدید به رهبری مراو اوفر، اخترفیزیکدان BU، میتواند توضیح دهد که چرا هلیوسفر، یک “میدان نیروی مغناطیسی” محافظ که از خورشید ما سرچشمه میگیرد و منظومه شمسی ما را در بر میگیرد، احتمالاً ناپایدار و نامنظم است. اوفر میگوید: «جهان ساکت نیست. “مدل BU ما سعی نمیکند هرج و مرج را از بین ببرد.” اعتبار: Merav Opher, et. Al
به طور مشابه، مدلهای شیلد پیشبینی میکنند که هلیوسفر که پشت سر هم با خورشید ما حرکت میکند و منظومه شمسی ما را در بر میگیرد، به نظر پایدار نیست. سایر مدلهای هلیوسفر که توسط اخترفیزیکدانان دیگر ایجاد شدهاند، تمایل دارند هلیوسفر را به شکلی دنبالهدار به تصویر بکشند که یک جت یا یک «دم» در پشت آن جریان دارد. در مقابل، مدل اوفر نشان می دهد که هلیوسفر بیشتر شبیه یک دونات یا کروسان است (کروسان نوعی نان و شیرینی هلالی شکل است که با آرد، خمیرمایه و کره تهیه میشود).
دلیل آن چیست؟ ذرات هیدروژن خنثی به این دلیل نامیده میشوند که دارای مقادیر مساوی بار مثبت و منفی هستند که هیچ باری ندارند.
اوفر میگوید: «آنها توسط منظومه شمسی جریان مییابند. او با استفاده از یک مدل محاسباتی مانند یک دستورالعمل برای آزمایش تأثیر «خنثیها» بر شکل هلیوسفر، «یکی از مواد را از دونات بیرون آورد – مواد خنثی – و متوجه شد که جتهایی که از خورشید میآیند و هلیوسفر را شکل میدهند، تبدیل میشوند. بسیار پایدار است. وقتی آنها را دوباره داخل جتها میکنم، شروع به خم شدن میکنند، محور مرکزی شروع به تکان خوردن میکند و این بدان معناست که چیزی در داخل جتهای هلیوسفر بسیار ناپایدار میشود.”
چنین ناپایداری از نظر تئوری باعث ایجاد اختلال در بادهای خورشیدی و جتهای ساطع شده از خورشید میشود و باعث میشود شکل هلیوسفر به صورت کروسانت تبدیل شود. اگرچه اخترفیزیکدانان هنوز راههایی برای مشاهده شکل واقعی هلیوسفر ابداع نکردهاند، مدل اوفر نشان میدهد که وجود عناصر خنثی که به منظومه شمسی ما برخورد میکنند، باعث میشود هلیوسفر به طور یکنواخت جریان نداشته باشد.
دریک، یکی از نویسندگان این مطالعه جدید، میگوید که مدل اوفر «اولین توضیح روشنی را برای این که چرا شکل هلیوسفر در نواحی شمالی و جنوبی شکسته میشود، ارائه میدهد که میتواند بر درک ما از نحوه ورود پرتوهای کیهانی کهکشانی به زمین و مناطق نزدیک تأثیر بگذارد. -محیط زمین.” این امر میتواند تهدیدی را که تشعشعات برای زندگی روی زمین و همچنین برای فضانوردان در فضا یا پیشگامان آینده که سعی در سفر به مریخ یا سیارات دیگر دارند، تحت تاثیر قرار دهد.
اوفر میگوید: «جهان ساکت نیست. “مدل BU ما سعی نمیکند هرج و مرج را از بین ببرد، که به من اجازه داد تا علت [ناپایداری هلیوسفر] را مشخص کنم… ذرات هیدروژن خنثی.”
به طور خاص، برخورد خنثیها با هلیوسفر باعث ایجاد پدیدهای میشود که توسط فیزیکدانان شناخته شده است (به نام ناپایداری ریلی ـ تیمور) که زمانی اتفاق میافتد که دو ماده با چگالی متفاوت با هم برخورد میکنند و ماده سبکتر به ماده سنگینتر فشار میآورد. زمانی که روغن در بالای آب معلق میشود و زمانی که سیالات یا مواد سنگینتر بالای سیالات سبکتر معلق میشوند، این اتفاق میافتد. گرانش در آن نقش دارد و برخی از اشکال نامنظم را ایجاد میکند. در مورد جتهای کیهانی، کشش بین ذرات هیدروژن خنثی و یونهای باردار اثری مشابه گرانش ایجاد میکند.
اوفر میگوید: «این یافته واقعاً یک پیشرفت بزرگ است، ما را در مسیری قرار میدهد که بفهمیم چرا مدل ما هلیوسفر شکل کروسانی متمایز خود را پیدا میکند و چرا مدلهای دیگر این کار را نمیکنند».
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Studying our solar system’s protective bubble
by Kat J. McAlpine, Boston University DECEMBER 3, 2021
https://phys.org/news/2021-12-solar.html