Meer dan 40 jaar sinds de lancering, het ruimtevaartuig Voyager doet nog steeds ontdekkingen.

In een nieuwe studie, een team van natuurkundigen onder leiding van de Universiteit van Iowa rapporteert de eerste detectie van uitbarstingen van kosmische stralingselektronen die worden versneld door schokgolven afkomstig van grote uitbarstingen op de zon. De detectie, gemaakt door instrumenten aan boord van zowel de Voyager 1 als de Voyager 2 ruimtevaartuigen, gebeurde terwijl de Voyagers hun reis naar buiten door de interstellaire ruimte voortzetten, waardoor ze het eerste vaartuig zijn dat deze unieke fysica vastlegde in het rijk tussen de sterren.

Deze nieuw gedetecteerde elektronenuitbarstingen zijn als een geavanceerde bewaker die wordt versneld langs magnetische veldlijnen in het interstellaire medium; de elektronen reizen met bijna de lichtsnelheid, zo'n 670 keer sneller dan de schokgolven die ze aanvankelijk voortstuwden. De uitbarstingen werden gevolgd door plasmagolfoscillaties veroorzaakt door elektronen met lagere energie die dagen later bij de Voyagers-instrumenten arriveerden - en ten slotte, in sommige gevallen, de schokgolf zelf zo lang als een maand daarna.

De schokgolven kwamen voort uit coronale massa-ejecties, uitzettingen van heet gas en energie die met ongeveer een miljoen mijl per uur van de zon uitgaan. Zelfs bij die snelheden het duurt meer dan een jaar voordat de schokgolven het ruimtevaartuig Voyager bereiken, die verder van de zon zijn gereisd (meer dan 14 miljard mijl en meer) dan enig door de mens gemaakt object.

"Wat we hier specifiek zien, is een bepaald mechanisme waarbij wanneer de schokgolf voor het eerst contact maakt met de interstellaire magnetische veldlijnen die door het ruimtevaartuig gaan, het reflecteert en versnelt een deel van de elektronen uit de kosmische straling, " zegt Don Gurnett, emeritus hoogleraar natuurkunde en astronomie in Iowa en de corresponderende auteur van de studie. "We hebben door middel van de kosmische stralingsinstrumenten geïdentificeerd dat dit elektronen zijn die werden gereflecteerd en versneld door interstellaire schokken die zich naar buiten voortplanten door energetische zonnegebeurtenissen bij de zon. Dat is een nieuw mechanisme."

De ontdekking zou natuurkundigen kunnen helpen de dynamiek die ten grondslag ligt aan schokgolven en kosmische straling die afkomstig zijn van flare-sterren (die kort in helderheid kunnen variëren als gevolg van gewelddadige activiteit op hun oppervlak) en exploderende sterren beter te begrijpen. De fysica van dergelijke verschijnselen zou belangrijk zijn om te overwegen bij het sturen van astronauten op langere maan- of Marsexcursies, bijvoorbeeld, waarin ze zouden worden blootgesteld aan concentraties van kosmische straling die veel groter zijn dan wat we op aarde ervaren.

De natuurkundigen geloven dat deze elektronen in het interstellaire medium worden gereflecteerd door een versterkt magnetisch veld aan de rand van de schokgolf en vervolgens worden versneld door de beweging van de schokgolf. De gereflecteerde elektronen spiraliseren dan langs interstellaire magnetische veldlijnen, snelheid toeneemt naarmate de afstand tussen hen en de schok groter wordt.

In een artikel uit 2014 in het tijdschrift Astrophysical Letters, natuurkundigen J.R. Jokipii en Jozsef Kota beschreven theoretisch hoe ionen die worden gereflecteerd door schokgolven kunnen worden versneld langs interstellaire magnetische veldlijnen. De huidige studie kijkt naar uitbarstingen van elektronen die zijn gedetecteerd door het Voyager-ruimtevaartuig en waarvan wordt gedacht dat ze worden versneld door een soortgelijk proces.

"Het idee dat schokgolven deeltjes versnellen is niet nieuw, " zegt Gurnett. "Het heeft allemaal te maken met hoe het werkt, het mechanisme. En het feit dat we het in een nieuw rijk ontdekten, het interstellaire medium, wat heel anders is dan in de zonnewind waar soortgelijke processen zijn waargenomen. Niemand heeft het gezien met een interstellaire schokgolf, in een geheel nieuw ongerept medium."

De bevindingen werden online gepubliceerd in de Astronomisch tijdschrift , in een artikel met de titel "Een voorschokmodel voor interstellaire schokken van zonne-oorsprong:waarnemingen van Voyager 1 en 2.."