NJIT heeft een gevestigde reputatie als leider in het onderzoeken van fenomenen die hun oorsprong vinden in de ster die zich het dichtst bij de aarde bevindt:de zon. NJIT's optische telescoop bij Big Bear Solar Observatory en radiotelescooparray in Owens Valley, zowel in Californië, hebben ons begrip van zonnegebeurtenissen die periodiek onze thuisplaneet beïnvloeden, enorm uitgebreid, gebeurtenissen zoals zonnevlammen en coronale massa-ejecties (CME's) die naast andere effecten de terrestrische communicatie en stroominfrastructuur kunnen verstoren.

Onder auspiciën van het Centre for Solar-Terrestrial Research (CSTR) van de universiteit, NJIT-onderzoekers werken samen met collega's in de VS en andere landen om nog meer kritische kennis van zonnefysica op te doen. Het is kennis die niet alleen essentieel is voor een beter basisbegrip van de zon, maar ook om de voorspelling van de zonne-explosies die onze technologieën bedreigen, te verbeteren en om betere tegenmaatregelen te bedenken.

Bovendien, NJIT-onderzoekers zetten zich in om studenten volledig te betrekken bij het zoeken naar deze kennis - onderzoekers zoals universitair docent natuurkunde Bin Chen, die in 2016 bij de NJIT-faculteit kwam werken. Chen ontving onlangs een vijfjarige CAREER-beurs van in totaal meer dan $ 700, 000 door de National Science Foundation (NSF). Het Faculty Early Career Development (CAREER)-programma van de NSF biedt de meest prestigieuze prijzen van de stichting ter ondersteuning van jongere docenten die, bij het opbouwen van hun academische loopbaan, hebben een uitstekend potentieel getoond als zowel opvoeders als onderzoekers.

Chen voltooide zijn Ph.D. aan de Universiteit van Virginia in 2013 met een focus op zonne-radioastronomie. Zijn doctoraat adviseur stelde hem voor aan collega-zonneastronoom, en nu NJIT-collega, Distinguished Professor of Physics Dale Gary. Door zijn kennis met Gary, en de mogelijkheid om samen te werken aan een onderzoeksproject met behulp van observatiegegevens van NJIT's Owens Valley Solar Array, Chen hoorde over de toonaangevende inspanningen van de universiteit op het gebied van zonne-radiofysica. Maar voordat hij bij NJIT kwam na het behalen van zijn doctoraat, Chen voegde zijn onderzoekservaring toe via een postdoctorale beurs in het kader van NASA's Living With a Star-programma en als astrofysicus aan het Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, waar hij werkte aan ruimtemissies die voornamelijk waren gewijd aan zonnewetenschap.

Schokkende inzichten

Hoewel nog geen collega-faculteitsleden bij NJIT, Chen en Gary werkten samen met onderzoekers van het National Radio Astronomy Observatory, de Universiteit van Californië, de University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland en de University of Minnesota op een artikel voor het tijdschrift Science, gepubliceerd in 2015, "Deeltjesversnelling door een zonnevlambeëindigingsschok." Het artikel presenteerde radiobeeldgegevens die nieuwe inzichten verschaffen in hoe een fenomeen dat bekend staat als terminatieschok in verband met zonnevlammen, de krachtigste explosies in het zonnestelsel, helpt energetische elektronen in de fakkels te versnellen tot relativistische snelheden, waardoor deze deeltjes de ruimte in worden gestuwd met bijna de snelheid van het licht.

Chen zet dit onderzoek nu voort bij NJIT. "Er is veel dat we niet weten over de 'binnenkant' van deze zonne-explosies en hoe ze zoveel energie zo snel en zo catastrofaal vrijgeven, "zegt hij. "Bijvoorbeeld, hoe wordt de energie opgeslagen en plotseling vrijgegeven, vaak binnen enkele seconden?

"De relativistische deeltjesversnelling die we ook bestuderen als onderdeel van dit onderzoek is een proces dat plaatsvindt in het hele universum en is een fenomeen dat verband houdt met, bijvoorbeeld, de enorme sterexplosies die bekend staan ​​als supernova's. De zon is een goede plaats om dit fenomeen te onderzoeken, omdat de nabijheid ervan in astronomische termen ons in staat stelt een hoeveelheid gegevens met een hoge resolutie te verkrijgen die onmogelijk te verkrijgen zijn door het observeren van veel verder weg gelegen sterren."

Voor zijn onderzoek Chen maakt gebruik van stromen radiogegevens uit een aantal bronnen. Naast NJIT's radio-observatorium in Owens Valley, deze omvatten de Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico, geëxploiteerd door de National Radio Astronomy Observatory en de Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array in Chili. Recente upgrades in Owens Valley plaatsen het in de voorhoede van dit onderzoek als een "nieuwe generatie" radiotelescoop. Een ander zeer belangrijk voordeel van Owens Valley, zoals Chen benadrukt, is dat het een faciliteit is die zich fulltime bezighoudt met zonneonderzoek.

Chen is een van de weinige onderzoekers die nieuwe kennis van de zon zoeken door gebruik te maken van een waarnemingstechniek die dynamische spectroscopie wordt genoemd. Deze techniek maakt het mogelijk om elke 50 milliseconden een beeld van de zon te maken op meer dan duizend frequenties, en bij twee verschillende polarisaties. Dit komt neer op 40, 000 afbeeldingen per seconde en terabytes aan onbewerkte gegevens per dag die kunnen worden omgezet in 3D-afbeeldingen met een resolutie die veel hoger is dan voorheen. "Dit geeft ons het potentieel om zoveel meer te leren over wat er gaande is in het hart van zonne-explosies, "zegt Chen.

Naast een beter begrip van de fundamentele fysica die erbij betrokken is, Chen voegt eraan toe dat zijn onderzoek de doelen van de Amerikaanse National Space Weather Strategy and Action Plan zeer ondersteunt, die een kritisch bewustzijn weerspiegelt van hoe het ruimteweer dat door zonnefenomenen wordt gegenereerd, van invloed is op vele aspecten van het aardse leven en de infrastructuur. Hij zegt, "Zonnevlammen en CME's zijn de belangrijkste drijfveren van ruimteweer. Een beter begrip van deze drijfveren is essentieel voor een betere voorspelling van dergelijke gebeurtenissen en de implementatie van beschermende maatregelen."

De zon naar de campus brengen

Volgens Chen's schatting, NJIT is uniek ervaren in het bouwen, het exploiteren en onderhouden van faciliteiten voor radioobservatie van de zon. Mogelijk, voor studenten, dit biedt uitzonderlijke kansen om te leren op de grens van de vele disciplines die relevant zijn voor het onderzoeken van de zon in het radiospectrum, inclusief praktische bekendheid met de betrokken apparatuur. Hoewel een beperkt aantal studenten de kans krijgt om bij Owens Valley te werken, evenals bij Big Bear, afstand en gebrek aan geschikte accommodaties verhinderen dat veel meer mensen ter plaatse deelnemen aan zonneonderzoek. Daarom is Chen ook van plan een deel van zijn CARRIRE-financiering te besteden aan het opzetten van een zonne-radiolaboratorium op de campus in Newark.

"Het idee achter het Solar Radio Laboratory is om een ​​faciliteit op de campus te hebben met dezelfde ultramoderne technologie als in Owens Valley, gewoon zonder de antennes, " legt Chen uit. "We hebben alle elektronica, de radiotechnologie, de datawetenschapscapaciteit voor het verwerken van datastreaming vanuit Californië. Dit geeft studenten dezelfde hands-on mogelijkheden om te werken en te experimenteren met de instrumenten die NJIT heeft in Owens Valley, instrumentatie die echt uniek is in de Verenigde Staten. Een ander doel is om dit te gebruiken als een testbed voor toekomstige verbeteringen in Owens Valley, en om studenten te betrekken bij het ontwikkelen van die verbeteringen."

voor Chen, een aanvullend educatief doel is om ook het Hale COLLAborative Graduate Education (COLLAGE) -programma in zonnefysica te bevorderen, die de naam van de baanbrekende Amerikaanse zonne-astronoom George Ellery Hale herdenkt. Er zijn zeer weinig graduate programma's op dit gebied in de VS en de benodigde faculteit en fysieke middelen zijn wijd verspreid over zowel onderwijsinstellingen als geografie. Om deze situatie aan te pakken, Philip Goode, NJIT onderscheiden onderzoekshoogleraar natuurkunde en voormalig CSTR-directeur, stelde voor dat NJIT zou samenwerken met de Universiteit van Colorado-Boulder en verschillende andere instellingen die zonnefysica-programma's hadden in wat nu bekend staat als het COLLAGE-programma.

"COLLAGE geeft meer studenten in verschillende delen van het land toegang tot de instructies en middelen waarmee ze master- en doctoraatsgraden in zonnefysica kunnen behalen, " zegt Chen. "Ik werk al met zo'n 20 studenten, en dat is eigenlijk best veel voor ons vakgebied. Maar niet alleen vergroten we de mogelijkheden om zonnefysica op universitair niveau te studeren, we leren meer over het coördineren van bronnen tussen scholen en effectief online lesgeven, waar studenten baat bij hebben die veel verschillende complexe onderwerpen willen bestuderen."