อุณหภูมิของอิเล็กตรอนในเศษซากซูเปอร์โนวาอายุน้อย
เมื่อดาวฤกษ์ระเบิด จากนั้นจึงเหลือเป็นเศษซากซูเปอร์โนวา (supernova remnant) ก่อตัวขึ้น สสารที่หลุดออกมาจะก่อให้เกิดคลื่นกระแทก (shock waves) ที่แพร่กระจายด้วยความเร็วหลายพันกิโลเมตรต่อวินาที การทำความเข้าใจคลื่นกระแทกเหล่านี้ทำให้เราสร้างแบบจำลองลักษณะการแผ่รังสีและเศษส่วนของรังสีคอสมิกที่ถูกเร่งโดยคลื่นกระแทกได้
ในสภาพแวดล้อมที่มีความหนาแน่นต่ำมากเหล่านี้ อนุภาคของพลาสมาอิเล็กตรอน-ไอออนจะชนกันน้อยมาก ดังนั้น การก่อตัวของคลื่นกระแทกจึงเกิดจากการรวมตัวที่ซับซ้อนของอนุภาคกับความปั่นป่วนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับที่เล็กกว่าขนาดของเศษซากถึง 10 ลำดับขนาด (10 orders of magnitude) หลายเท่า
ฟิสิกส์ของคลื่นกระแทกเหล่านี้มีความน่าสนใจอย่างมาก ได้แก่ เชิงตัวเลข เชิงสังเกต และเชิงทดลอง ทั้งหมดนี้บ่งชี้ว่า อุณหภูมิของอิเล็กตรอนสูงกว่าอุณหภูมิที่คาดไว้จากการบีบอัดแบบอะเดียแบติก (adiabatic compression) ของอิเล็กตรอนหลายอนุภาคที่แนวคลื่นกระแทกถึง 1,000 เท่า กลไกเบื้องหลังความร้อนที่รุนแรงนี้ยังคงไม่มีการอธิบาย
ทีมนักวิจัยได้พัฒนาแบบจำลองเชิงทฤษฎีใหม่ เพื่ออธิบายการแบ่งพลังงาน (energy partition) ระหว่างอิเล็กตรอนและไอออน เมื่อผ่านคลื่นกระแทก ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของความร่วมมือระหว่างสถาบันของญี่ปุ่น อเมริกา และยุโรป เนื่องจากเป็นกลุ่มไอออนที่มีมวลมาก ไอออนจึงได้รับผลกระทบจากความปั่นป่วนของแม่เหล็กไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย
ในขณะที่อิเล็กตรอนที่มีน้ำหนักเบากว่าจะซึมผ่านระหว่างโครงสร้างได้ยาก ตามรูป ความแตกต่างของพลวัตนี้ก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าที่ทำให้อิเล็กตรอนร้อนขึ้นในกระบวนการประเภทจูล (Joule-type process) โดยอิเล็กตรอนจะได้รับอุณหภูมิที่เป็นเพียงเศษเสี้ยวของไอออน
การจำลองเชิงตัวเลขที่ทันสมัย ซึ่งต้องใช้เวลาในการคำนวณหลายชั่วโมงบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ STELLAR ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน (สหรัฐอเมริกา) แบบจำลองนี้เปิดโอกาสให้มีการศึกษาการเคลื่อนย้ายของอนุภาค การให้ความร้อน และการเร่งความเร็วในสภาพแวดล้อมทางดาราศาสตร์และห้องปฏิบัติการต่างๆ ที่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารบกวนเป็นหลัก
แปลและเรียบเรียงโดย
One To Many - A Brief Science
.
แหล่งอ้างอิง
[1] The temperature of electrons in young supernova remnants
[2] Electron Heating in High Mach Number Collisionless Shocks
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
