Auringon massapurkaukset voivat kiihdyttää aurinkotuulen hiukkasia valtaviin nopeuksiin (Väitös FM Markus Battarbee, 5.12.2013)
Auringonpurkauksissa vapautuvat valtavat energiamäärät kiihdyttävät aurinkotuulen hiukkasia suuriin nopeuksiin. Auringon massapurkausten ajamat shokkirintamat tarvitsevat kuitenkin kiihdytysprosessiaan varten toisen rajan, joka vangitsee hiukkaset kiihdytysalueelle. Markus Battarbeen väitöskirjatutkimus osoittaa, kuinka hiukkasten itse generoimat aallot toimivat tehokkaana loukkuna. Aallot kuitenkin voimistuvat vain otollisissa olosuhteissa.
Turun yliopiston tiedote 28.11.2013
Avaruussään yhdeksi osa-alueeksi laskettavat hiukkasmyrskyt ovat uhka muun muassa satelliittien toiminnalle ja astronauttien turvallisuudelle. Teoreettinen auringon hiukkaskiihdytyksen tutkimus onkin tärkeä työkalu suunniteltaessa avaruuslentoja.
FM Markus Battarbeen väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin hiukkassimulaatioiden avulla, kuinka auringon massapurkausten ajamat shokkiaallot voivat kiihdyttää hiukkasia kuten protoneita ja raskaampia alkuaineita suuriin energioihin. Fermi-kiihdytyksenä tunnetun ilmiön osuutta Auringon hiukkaskiihdytyksessä on tutkittu jo 70-luvulta lähtien. Väitöstutkimuksessa esitellyillä hiukkassimulaatioilla pystyttiin kuitenkin mallintamaan kiihdytysprosessin dynamiikkaa ja riippuvuuksia uudenlaisella tarkkuudella.
Itseään ruokkivan prosessin avainasemassa hiukkasinjektio
Koronan massapurkaukset voivat kiihdyttää hiukkasia suuriin nopeuksiin tehokkaasti. Tämä tapahtuu vain, jos kiihdytysprosessiin osallistuu tarpeeksi paljon hiukkasia. Kiihdytysprosessissa avainroolissa ovat aalto-hiukkas-vuorovaikutukset, joissa hiukkaset siroavat plasma-aalloista samalla voimistaen niitä. Syntynyt voimakas turbulenssi puolestaan sitoo hiukkaset tehokkaasti kiihdytysalueelle, jossa ne saavat lisää energiaa törmätessään etenevään shokkirintamaan yhä uudestaan.
Aaltojen ja hiukkasten vuorovaikutuksessa on ollut jo pitkään käytössä resonanssiehto. Sen mukaan spiraalirataa liikkuva varattu hiukkanen siroaa vain tietyn aallonpituuden magneettisista värähtelyistä. Battarbeen tulokset osoittavat, kuinka rajutkin yksinkertaistukset voivat antaa hyödyllistä tietoa kiihdytysdynamiikasta.
– Hiukkaset näkevät vain hetkellisiä magneettisia kenttiä, eivät kokonaisia aaltoja. Arvioitaessa hiukkasten sirontaa ei saa antaa ensimmäisten tehtyjen yksinkertaistusten rajoittaa näkemystä siitä, kuinka aalto-hiukkas-vuorovaikutukset todellisuudessa muokkaavat kiihdytysalueen dynamiikkaa ja hiukkaspopulaation ominaisuuksia, Battarbee kertoo.
Yksinkertaistukset voivat myös johtaa harhaan. Näin esimerkiksi kävisi jos hiukkasten ja etenevän shokkiaallon kohtaamisessa oletettaisiin hiukkasten siroavan välittömästi täysin uuteen suuntaan. Ottamalla huomioon siroamisen hitaus saatiin hiukkasten paluutodennäköisyyksiin jopa useiden kertaluokkien eroja.
***
Torstaina 5. joulukuuta 2013 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (Quntumin auditorio, Vesilinnantie 5) julkisesti tarkastettavaksi filosofian maisteri Markus Christopher Battarbeen väitöskirja ”Acceleration of Solar Energetic Particles in coronal shocks through self-generated turbulence” (Auringon suurienergiaisten hiukkasten kiihdytys koronan shokeissa itsegeneroidun plasmaturbulenssin avulla). Virallisena vastaväittäjänä toimii PhD Silvia Dalla (Jeremiah Horrocks Institute, University of Central Lancashire) Englannista ja kustoksena professori Eino Valtonen.
FM Markus Battarbee on syntynyt 1982 Paimiossa ja kirjoittanut ylioppilaaksi Paimion lukiosta 2001. Hän valmistui filosofian maisteriksi 2008 Turun yliopistosta, jossa parhaillaan toimii tohtorikoulutettavana. Väitös kuuluu fysiikan alaan.