Nieuw bewijs dat onze buurt in de ruimte gevuld is met waterstof

Vragen, theorieën, ontdekkingen e,d, op het gebied van wiskunde, natuurkunde en chemie horen hier thuis.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 27004
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

Nieuw bewijs dat onze buurt in de ruimte gevuld is met waterstof

Bericht door univers » 30 dec 2020, 09:09

Afbeelding

Alleen de twee Voyager-ruimtevaartuigen zijn daar ooit geweest en het heeft meer dan 30 jaar supersonische reizen gekost. Het ligt ver voorbij de baan van Pluto, door de rotsachtige Kuipergordel, en vier keer zo ver. Dit rijk, dat alleen wordt gekenmerkt door een onzichtbare magnetische grens, is waar de door de zon gedomineerde ruimte eindigt: de dichtstbijzijnde uithoeken van de interstellaire ruimte.

In dit stellaire niemandsland verdringen deeltjes en licht van de 100 miljard sterren van onze melkweg zich met oude overblijfselen van de oerknal. Dit mengsel, het spul tussen de sterren, staat bekend als het interstellaire medium. De inhoud legt het verre verleden van ons zonnestelsel vast en kan hints van zijn toekomst voorspellen.

Metingen van NASA's New Horizons-ruimtevaartuig herzien onze schattingen van één belangrijke eigenschap van het interstellaire medium: hoe dik het is. Bevindingen die vandaag in het Astrophysical Journal zijn gepubliceerd, delen nieuwe waarnemingen dat het lokale interstellaire medium ongeveer 40% meer waterstofatomen bevat dan sommige eerdere studies suggereerden. De resultaten verenigen een aantal anders ongelijksoortige metingen en werpen een nieuw licht op onze buurt in de ruimte.

Ploetert door interstellaire mist
Net zoals de aarde rond de zon beweegt, zo raast ons hele zonnestelsel door de Melkweg, met snelheden van meer dan 80.000 mijl per uur . Terwijl we door een mist van interstellaire deeltjes varen, worden we afgeschermd door de magnetische bubbel rond onze zon die bekend staat als de heliosfeer. Veel interstellaire gassen stromen rond deze bubbel, maar niet alle.

Afbeelding
Een animatie van de heliosfeer.
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center / Conceptual Image Lab / Walt Feimer

Onze heliosfeer stoot geladen deeltjes af, die worden geleid door magnetische velden. Maar meer dan de helft van de lokale interstellaire gassen is neutraal, wat betekent dat ze een uitgebalanceerd aantal protonen en elektronen hebben. Terwijl we erin ploegen, sijpelen de interstellaire neutralen er dwars doorheen, waardoor de zonnewind groter wordt.

"Het is alsof je door een zware mist rent en water opraapt", zegt Eric Christian, ruimtefysicus bij het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, MD. "Terwijl je rent, worden je kleren doorweekt en wordt je langzamer."

Kort nadat die interstellaire atomen onze heliosfeer zijn binnengedreven, worden ze door zonlicht weggevaagd en neergeslagen door zonnewinddeeltjes. Velen verliezen hun elektronen in het tumult en worden positief geladen ‘pickup-ionen’. Deze nieuwe populatie van deeltjes, hoewel veranderd, draagt ​​geheimen van de mist daarachter met zich mee.

"We hebben geen directe waarnemingen van interstellaire atomen uit New Horizons, maar we kunnen deze pickup-ionen wel waarnemen", zegt Pawel Swaczyna, postdoctoraal onderzoeker aan Princeton University en hoofdauteur van het onderzoek. "Ze zijn ontdaan van een elektron, maar we weten dat ze als neutrale atomen van buiten de heliosfeer naar ons toekwamen."

NASA's New Horizons-ruimtevaartuig, gelanceerd in januari 2006, is het meest geschikt om ze te meten. Nu vijf jaar na zijn ontmoeting met Pluto, waar het de eerste close-ups van de dwergplaneet maakte, waagt het zich vandaag door de Kuipergordel aan de rand van ons zonnestelsel, waar de opname-ionen het meest vers zijn. De Solar Wind Around Pluto, of het SWAP-instrument van het ruimtevaartuig, kan deze pickup-ionen detecteren en ze onderscheiden van de normale zonnewind door hun veel hogere energie.

Afbeelding
Verbeterde globale kleurenweergave van Pluto, gemaakt toen NASA's New Horizons-ruimtevaartuig 450.000 kilometer verwijderd was.
Credits: NASA / JHUAPL / SwRI
De hoeveelheid pickup-ionen die New Horizons detecteert, onthult de dikte van de mist waar we doorheen gaan. Net zoals een jogger natter wordt terwijl hij door dikkere mist rent, hoe meer ionen New Horizons waarneemt, hoe dichter de interstellaire mist buiten moet zijn.

Uiteenlopende metingen
Swaczyna gebruikte de metingen van SWAP om de dichtheid van neutraal waterstof af te leiden bij de beëindigingsschok, waarbij de zonnewind tegen het interstellaire medium botst en abrupt vertraagt. Na maanden van zorgvuldige controles en tests vonden ze 0,127 deeltjes per kubieke centimeter, of ongeveer 120 waterstofatomen in een ruimte ter grootte van een liter melk.

Dit resultaat bevestigde een onderzoek uit 2001 waarin de Voyager 2 - ongeveer 4 miljard mijl verderop - werd gebruikt om te meten hoeveel de zonnewind was vertraagd tegen de tijd dat hij bij het ruimtevaartuig arriveerde. De vertraging, grotendeels te wijten aan tussenliggende interstellaire mediumdeeltjes, suggereerde een bijpassende interstellaire waterstofdichtheid, ongeveer 120 waterstofatomen in een ruimte van een kwart gallon.

Maar nieuwere studies kwamen samen rond een ander aantal. Wetenschappers die gegevens van de Ulysses-missie van NASA gebruikten, vanaf een afstand iets dichter bij de zon dan Jupiter, maten pickup-ionen en schatten een dichtheid van ongeveer 85 waterstofatomen in een liter ruimte. Een paar jaar later vond een ander onderzoek waarin Ulysses- en Voyager-gegevens werden gecombineerd een vergelijkbaar resultaat.

"Weet je, als je ontdekt dat er iets anders is dan eerder werk, is de natuurlijke neiging om op zoek te gaan naar je fouten", zei Swaczyna.

Maar na een beetje graven, begon het nieuwe nummer er als het goede uit te zien. De metingen van New Horizons passen beter bij waarnemingen op basis van verre sterren . De metingen van Ulysses hadden daarentegen een tekortkoming: ze werden veel dichter bij de zon gemaakt, waar pickup-ionen zeldzamer zijn en metingen onzekerder.

"De waarnemingen van de opname van ionen in de heliosfeer gaan door miljarden mijlen van filtering", zei Christian. "Het grootste deel van de weg daarheen zijn, waar New Horizons is, maakt een enorm verschil."

Wat betreft de gecombineerde resultaten van Ulysses / Voyager, merkte Swaczyna op dat een van de cijfers in de berekening verouderd was, 35% lager dan de huidige consensuswaarde. Door opnieuw te berekenen met de momenteel geaccepteerde waarde, kwamen ze bij benadering overeen met de New Horizons-metingen en de studie uit 2001.

"Deze bevestiging van ons oude, bijna vergeten resultaat komt als een verrassing", zegt Arik Posner, auteur van de studie uit 2001 op het NASA-hoofdkantoor in Washington, DC. "We dachten dat onze vrij eenvoudige methode voor het meten van de vertraging van de zonnewind was overwonnen. door meer geavanceerde onderzoeken die sindsdien zijn uitgevoerd, maar niet zo. "

Een nieuwe lay-out van het land
Gaan van 85 atomen in een liter melk naar 120 lijkt misschien niet veel. Maar in een op modellen gebaseerde wetenschap als heliofysica, heeft een aanpassing aan één getal invloed op elkaar.

De nieuwe schatting kan een van de grootste mysteries in de heliofysica van de afgelopen jaren helpen verklaren. Niet lang nadat NASA's Interstellar Boundary Explorer of IBEX-missie zijn eerste volledige dataset had teruggegeven, merkten wetenschappers een vreemde streep energetische deeltjes op die uit de voorste rand van onze heliosfeer kwam. Ze noemden het het "IBEX-lint".

"Het IBEX-lint was een grote verrassing - deze structuur aan de rand van ons zonnestelsel, een miljard mijl breed, 10 miljard mijl lang, waarvan niemand wist dat die er was," zei Christian. "Maar zelfs toen we de modellen ontwikkelden waarom het er was, lieten alle modellen zien dat het niet zo helder zou moeten zijn als het is."

Afbeelding
Het lint blijft een van de grootste ontdekkingen van IBEX. Het verwijst naar een enorme, diagonale strook van energetische neutrale kleuren, geschilderd over de voorkant van de heliosfeer.
Credits: NASA / IBEX
"De 40% hogere interstellaire dichtheid die in deze studie werd waargenomen, is absoluut cruciaal", zegt David McComas, hoogleraar astrofysische wetenschappen aan Princeton University, hoofdonderzoeker van NASA's IBEX-missie en co-auteur van de studie. "Dit toont niet alleen aan dat onze zon is ingebed in een veel dichter deel van de interstellaire ruimte, het kan ook een belangrijke fout verklaren in onze simulatieresultaten in vergelijking met de feitelijke waarnemingen van IBEX."

Maar bovenal geeft het resultaat een beter beeld van onze lokale sterrenwijk.

"Het is de eerste keer dat we instrumenten hebben die zo ver weg pickup-ionen waarnemen, en onze foto van het lokale interstellaire medium komt overeen met die van andere astronomische waarnemingen", zei Swaczyna. "Het is een goed teken."

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... h-hydrogen
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

Plaats reactie