Jupiter slungar elektroner till nära ljusets hastighet, som supernovor gör

Strax framför Jupiter, där solvinden för första gången slår mot planetens väldiga magnetfält, mätte NASA:s sond Juno elektroner som rörde sig med nästan ljusets hastighet. Partiklarna föddes inte så snabba. De accelererades på plats, i den turbulenta gräns som löper framför planeten, och nådde ännu högre hastigheter än vad samma process ger nära jorden.

Den enda mätningen når långt bortom Jupiter. Sättet som jätteplaneten piskar upp vanliga partiklar till extrema energier liknar en nedskalad version av hur galaxen tillverkar kosmisk strålning, de högenergipartiklar som strömmar genom rymden och regnar ner över jordens atmosfär varje sekund. I årtionden var sambandet en stark misstanke. Nu finns en direkt mätning av mekanismen i arbete på planetskala.

Allt sker i ett område som kallas förchock, en zon av virvlande magnetfält och reflekterade partiklar som bildas strax före bogchocken, den skarpa front där solvinden hopas mot en planets magnetiska sköld. Inne i den turbulensen kan magnetiska förhållanden gripa tag i en del av de passerande partiklarna och slunga dem framåt om och om igen, där varje pass lägger till energi, tills en liten grupp rör sig med relativistisk hastighet.

Det som gör Jupiter avgörande är dess storlek. Dess bogchock får jordens att se liten ut, och elektronerna som Juno upptäckte växte med den och nådde högre energier än något som mätts i samma miljö nära vår egen planet. Den skalningen är vinsten. Om en större chock accelererar partiklar till högre hastigheter på ett förutsägbart sätt kan samma regel sträckas ut till de långt större stötfronter som slungas ut av exploderande stjärnor, de främsta kandidaterna till den galaktiska kosmiska strålningens ursprung.

Teamet förlitade sig inte på Jupiter ensam. De jämförde Junos avläsningar med två uppdrag som bevakar samma fysik nära jorden, där farkoster kan placera sig inne i förchocken och prov-ta den i detalj. Överensstämmelsen mellan så olika skalor är det som låter forskarna hävda att de ser en enda universell process och inte en lokal egenhet hos Jupiter.

Påståendet vilar fortfarande på en enda planets chock, fångad under bestämda omloppspassager, och elektroner är bara en del av berättelsen om kosmisk strålning, som domineras av tyngre protoner och atomkärnor. Att utvidga resultatet till supernovarester förutsätter att samma fysik håller över ett enormt språng i storlek och energi, en bro som inte har observerats direkt. Mätningen smalnar av frågan; den stänger den inte.

Att förstå var kosmisk strålning kommer ifrån är ingen abstrakt gåta. Dessa partiklar avgör strålningsrisken för astronauter och farkosters elektronik, driver kemin i planeters atmosfärer och bär energi genom galaxen. Att knyta accelerationen till en process vi kan iaktta i vårt eget solsystem gör ett kosmiskt mysterium till något prövbart.

Resultaten publicerades i tidskriften Nature. Juno, i omloppsbana sedan 2016, fortsätter sina långa slingor runt Jupiter, och varje varv för instrumenten på nytt genom förchocken, där nästa mätningar av denna acceleration ska göras.

Taggar: astronomi