A helioszféra térképe
(Rovat: Távoli világok kutatói - 2021.07.08 08:15.)

Amerikai kutatóknak először sikerült feltérképezniük a helioszféra határát, így pontosabban érthetővé vált, mi történik a napszél és a csillagközi szél kölcsönhatásakor.

A Los Alamos Nemzeti Laboratórium kutatói évek óta foglalkoznak a határfelület elméleti modellezésével, eredményeiket a közelmúltban az Astrophysical Journal folyóiratban publikálták. Most először sikerült méréseket is végezni, és elkészíteni a határfelület háromdimenziós térképét.

A helioszféra az a buborék, amelyet a túlnyomórészt protonokból, elektronokból és alfa-részecskékből (hélium atommagokból) álló napszél hoz létre. A Napból kiinduló napszél a csillagközi térig tart, és ez véd meg bennünket a csillagközi sugárzások veszélyes összetevőitől. Dan Riesenfeld és munkatársai a NASA Föld körül keringő IBEX (Interstellar Boundary Explorer) műholdjának adatait használták, az IBEX az úgynevezett helioszféra burokból, azaz a Naprendszer és a csillagközi tér közötti határrétegből érkező részecskéket detektálja. A mérések alapján a kutatók pontosan fel tudták térképezni ennek a zónának a peremét, az úgynevezett heliopauzát, ahol a napszél beleütközik az intersztelláris szélbe.

A Naprendszer és a csillagközi tér közötti határréteg, az úgynevezett heliopauza első háromdimenziós térképe. (Kép: Los Alamos National Laboratory; animált változatban itt)

A méréshez a kutatók a szonártechnikára emlékeztető eljárást használtak, ahol a kiküldött letapogató jelet a napszél képviselte. A napszél részecskéi a heliopauzánál összeütköztek az intersztelláris szél részecskéivel, az ütközések következtében nagy energiájú semleges atomok (ENA, energetic neutral atoms) jelentek meg, ezeket észlelték. Ennek az észlelt jelnek az erőssége a helioszféra burkot elérő napszél intenzitásától függ. Amikor a napszél egy hulláma eléri ezt a burkot, megnő a nagy energiájú, semleges atomok száma, amit az IBEX észlel. Mivel a napszél erőssége egyedi mintát követve változik, az IBEX ugyanezt a mintát észleli az ENA-k számában, csak 2–6 év késéssel. A késés mértéke az ENA-k energiáján kívül attól függ, milyen irányban végzi az IBEX a méréseket, vagyis a napszélben megfigyelt valamely jellegzetes minta észlelése, illetve az adott irányból érkező ENA részecskék számában „visszhangként” megjelenő ugyanezen minta érkezése közötti időből kiszámítható, milyen messze van az adott irányban az ENA részecskék forrásvidéke, vagyis a heliopauza.

A helioszféra vázlata. A kutatók először térképezték fel a heliopauzát, amely a helioszféra (barna) és a csillagközi tér (sötétkék) közötti határfelület. (Kép: NASA / IBEX / Adler Planetarium)

Ezt a módszert a 2009–2019 közötti teljes naptevékenységi ciklusra alkalmazták, és így sikerült előállítaniuk a heliopauza pontos 3D alakját, azaz a heliopauza által kirajzolt felületet, ugyanúgy, ahogy például egy barlang belsejében repülő denevér a visszhangos tájékozódással elő tudja állítani az üreg belsejének térbeli képét. A kutatók térképe szerint a heliopauza legkisebb távolsága – abban az irányban, amerről az intersztelláris szél érkezik – 120 csillagászati egység (ez a Neptunusz átlagos távolságának kétszerese), míg az ezzel átellenes irányban akár 350 csillagászati egység távolságig is elnyúlhat, ami egyébként az alkalmazott módszerrel elérhető legnagyobb távolság.

A helioszféra 3D feltérképezését bemutató animáció. (Forrás: YouTube, Los Alamos National Lab)