波茨坦莱布尼茨天体物理研究所(AIP)的科学家发现了一种新的等离子体不稳定性，有望彻底改变我们对宇宙射线起源及其对星系动态影响的理解。

新的等离子体不稳定性揭示了宇宙射线的本质

上世纪初，维克多·赫斯发现了一种称为宇宙射线的新现象，后来为他赢得了诺贝尔奖。他进行了高空气球飞行，发现地球大气层并没有被地面的放射性电离。相反，他证实电离的起源是外星的。随后，人们确定宇宙“射线”由来自外太空以接近光速飞行的带电粒子组成，而不是辐射。然而，“宇宙射线”这个名字比这些发现更长久。

在这项新研究中，AIP的科学家、本研究的主要作者MohamadShalaby博士及其合作者进行了数值模拟，以追踪许多宇宙射线粒子的轨迹，并研究它们如何与周围由电子和粒子组成的等离子体相互作用。质子。该论文出现在预打印服务器arXiv上。

当研究人员研究从模拟一侧飞向另一侧的宇宙射线时，他们发现了一种在背景等离子体中激发电磁波的新现象。这些波对宇宙射线施加力，从而改变其蜿蜒的路径。

最重要的是，如果我们认为宇宙射线不是作为单个粒子而是支持集体电磁波，就可以更好地理解这种新现象。当该波与背景中的基波相互作用时，基波被强烈放大并发生能量转移。

AIP宇宙学和高能天体物理学部门负责人ChristophPfrommer教授表示：“这一见解使我们能够将宇宙射线的行为视为辐射，而不是单个粒子，正如VictorHess最初所认为的那样。”。这种行为的一个很好的类比是单个水分子集体形成波浪，在海岸上破裂。

穆罕默德·沙拉比博士解释说：“这一进展是通过考虑以前被忽视的较小尺度而实现的，这些尺度对研究等离子体过程时有效的流体动力学理论的使用提出了质疑。”

这种新发现的等离子体不稳定性有许多应用，包括首次解释来自热星际等离子体的电子如何在超新星遗迹中加速到高能量。

穆罕默德·沙拉比报告说：“这种新发现的等离子体不稳定性代表了我们对加速过程理解的重大飞跃，并最终解释了为什么这些超新星遗迹在射电和伽马射线中闪闪发光。”此外，这一突破性的发现为更深入地了解宇宙射线在星系中传输的​​基本过程打开了大门，这代表了我们理解宇宙演化过程中形成星系的过程中最大的谜团。