De ruimteomgeving rond de aarde wordt gekenmerkt door interacties tussen het magnetische veld van de aarde en het nabijgelegen plasma. Een belangrijk fysiek proces in deze interacties is magnetische herverbinding, waarin twee aangrenzende veldlijnen breken en elke helft vervolgens de helft van de andere gebroken lijn verbindt om nieuwe veldlijnen te vormen. Heraansluiting maakt potentiële energie vrij die is opgeslagen in de veldlijnen, overbrengen naar het omringende plasma in de vorm van deeltjesversnelling.

NASA's Magnetospheric Multiscale (MMS) missie, die in 2015 werd gelanceerd bestudeert magnetische herverbinding met behulp van vier kleine ruimtevaartuigen die in formatie cirkelen. Turner et al. MMS-waarnemingen beschrijven van een herverbindingsgebeurtenis die plaatsvond op 11 juli 2017. Op het moment van de herverbinding, MMS ging door het elektronendiffusiegebied (EDR), een gebied van tientallen kilometers groot waarin herverbinding van magnetische veldlijnen plaatsvindt.

Voorafgaand aan de herverbindingsgebeurtenis, MMS heeft geen energetische elektronen in de buurt waargenomen. Daarna registreerde het twee uitbarstingen van energetische (meer dan 50 kiloelektronvolt) elektronen binnen vijf seconden, waarvan de laatste enkele minuten aanhield. Tijdens deze uitbarstingen hogere energie-elektronen arriveerden als eerste in de EDR, gevolgd door degenen met lagere energieën. De auteurs interpreteren deze energiedispersie als bewijs dat elektronen uit een verre reservoir op de nieuw gevormde veldlijnen stromen.

Ze melden ook dat opvallend, alle vier de ruimtevaartuigen hebben geen identieke deeltjesverdeling waargenomen, ondanks dat ze zeer dicht bij elkaar in de ruimte zijn in vergelijking met de karakteristieke bewegingsschaal van elektronen met energieën van 50 kilo-elektronvolt of meer. Dit bewijs van chaotische deeltjesbeweging deed zich voor ondanks dat het algemene magnetische veld in het gebied rond MMS enkele seconden stabiel bleef. Dergelijke deeltjesverdelingen zijn typerend voor niet-lineaire deeltjesversnelling.

De auteurs concluderen dat kleinschalige bewegingen van elektronen in de buurt van een magnetische herverbindingsgebeurtenis dus licht kunnen werpen op de magnetische topologie in een gebied dat veel groter is dan het waarnemingsgebied en dat magnetische herverbinding elektronen direct kan versnellen tot relativistische energieën.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Eos, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.