Ahogy a NASA Voyager 1 felméri a csillagközi teret, a sűrűségmérések hullámokat keltenek
A csillagközi teret kitöltő ritka atomgyűjteményben a Voyager 1 hosszan tartó hullámsorozatot mért, ahol korábban csak szórványos kitöréseket észlelt.
Egészen a közelmúltig a történelemben minden űrhajó minden mérését a helioszféránkban, a Napunk által felfújt mágneses buborékban végezte. De 25. augusztus 2012-én NASAA Voyager 1 ezen változtatott. Ahogy átlépte a helioszféra határát, ez lett az első ember alkotta objektum, amely belépett – és meg is mérte a csillagközi teret. Most nyolc évvel a csillagközi utazása után, a Voyager 1 adatainak alapos meghallgatása új betekintést enged abba, hogy milyen is ez a határ.
Ha a helioszféránk egy csillagközi vizeken közlekedő hajó, akkor a Voyager 1 egy mentőtutaj, amely éppen leesett a fedélzetről, és elhatározta, hogy felméri az áramlatokat. Egyelőre az érzéketlen vizek többnyire a helioszféránk nyomán származnak. De távolabb érzékeli a kozmosz mélyebb forrásaiból származó kavarodást. Végül a helioszféránk jelenléte teljesen eltűnik a mérésekből.
"Van néhány elképzelésünk arról, hogy a Voyagernek meddig kell eljutnia ahhoz, hogy több tiszta csillagközi vizet lásson, úgymond" - mondta Stella Ocker, Ph.D. a New York állambeli Ithacában található Cornell Egyetem hallgatója és a Voyager csapat legújabb tagja. "De nem vagyunk teljesen biztosak abban, hogy mikor érjük el ezt a pontot."
Ocker új tanulmánya, amelyet hétfőn tettek közzé Természet csillagászat, beszámol arról, hogy mi lehet az első folyamatos anyagsűrűség mérés a csillagközi térben. "Ez az észlelés új módot kínál a csillagközi tér sűrűségének mérésére, és új utat nyit számunkra a nagyon közeli csillagközi közeg szerkezetének feltárásához" - mondta Ocker.
A NASA Voyager 1 űrszondája rögzítette a csillagközi űr hangjait. Voyager 1 vérplazma hullámműszer a sűrű csillagközi plazma vagy ionizált gáz rezgését észlelte 2012 októbere és novembere között, valamint 2013 áprilisa és májusa között. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL- Caltech
Ha az ember a csillagok közötti dolgokat ábrázolja – a csillagászok „csillagközi közegnek”, a részecskék és a sugárzás szétterített levesének nevezik –, nyugodt, csendes, nyugodt környezetet képzelhetünk el. Ez hiba lenne.
„Használtam a „nyugodt csillagközi közeg” kifejezést – de sok olyan helyet találhatunk, amelyek nem különösebben csendesek” – mondta Jim Cordes, a Cornell űrfizikusa és a cikk társszerzője.
Az óceánhoz hasonlóan a csillagközi közeg is tele van turbulens hullámokkal. A legnagyobbak galaxisunk forgásából származnak, amikor az űr összekenődik önmagával, és több tíz fényév átmérőjű hullámokat hoz létre. Kisebb (bár még mindig gigantikus) hullámok zúdulnak a szupernóva-robbanásokból, és több milliárd mérföldre nyúlnak el a csúcstól a hegycsúcsig. A legkisebb hullámok általában a saját Napunkból származnak, mivel a napkitörések lökéshullámokat küldenek az űrben, amelyek áthatják helioszféránk bélését.
Ezek a becsapódó hullámok nyomokat árulnak el a csillagközi közeg sűrűségéről – ez az érték befolyásolja azt, hogy megértsük helioszféránk alakját, hogyan alakulnak ki a csillagok, és még a galaxisban elfoglalt helyünket is. Ahogy ezek a hullámok visszhangoznak a térben, megrázzák a körülöttük lévő elektronokat, amelyek jellegzetes frekvencián csengenek, attól függően, hogy mennyire vannak összezsúfolva. Minél magasabb a csengetés hangmagassága, annál nagyobb az elektronsűrűség. A Voyager 1 plazmahullám-alrendszerét – amely két „nyuszifül” antennát foglal magában, amelyek 30 lábra (10 méterre) állnak ki az űrszonda mögött – úgy tervezték, hogy hallja ezt a csengést.
2012 novemberében, három hónappal a helioszférából való kilépés után, a Voyager 1 először hallott csillagközi hangokat (lásd a fenti videót). Hat hónappal később újabb „síp” jelent meg – ezúttal hangosabban és még magasabb hangon. A csillagközi közeg egyre sűrűsödni látszott, és gyorsan.
Ezek a pillanatnyi füttyök szabálytalan időközönként folytatódnak a Voyager adataiban ma is. Kiváló módszer a csillagközi közeg sűrűségének tanulmányozására, de ehhez némi türelem kell.
"Körülbelül évente egyszer látták őket, így az ilyen véletlenszerű eseményekre támaszkodva a csillagközi tér sűrűségéről készült térképünk kissé ritka volt" - mondta Ocker.
Ocker elindult, hogy megtalálja a csillagközi közepes sűrűség egy futó mértékét, hogy kitöltse a réseket – olyat, amely nem függ a Napból időnként terjedő lökéshullámoktól. Miután átszűrte a Voyager 1 adatait, gyenge, de konzisztens jeleket keresve, ígéretes jelöltet talált. 2017 közepén kezdett fellendülni, pontosan egy újabb sípszó idején.
– Gyakorlatilag egyetlen hang – mondta Ocker. "És idővel halljuk, hogy változik - de a frekvencia mozgása megmutatja, hogyan változik a sűrűség."
Ocker az új jelet plazmahullám-emissziónak nevezi, és úgy tűnt, hogy az is követi a csillagközi tér sűrűségét. Amikor a hirtelen sípok megjelentek az adatokban, a kibocsátás hangja velük együtt emelkedik és csökken. A jel a Föld felső légkörében megfigyelt jelhez is hasonlít, amelyről ismert, hogy követi az ottani elektronsűrűséget.
"Ez nagyon izgalmas, mert rendszeresen mintát tudunk venni a sűrűségből egy nagyon hosszú térszakaszon, amely az eddigi leghosszabb térszakasz" - mondta Ocker. "Ez biztosítja számunkra a sűrűség és a csillagközi közeg legteljesebb térképét, ahogyan azt a Voyager látja."
A jel alapján az elektronsűrűség a Voyager 1 körül 2013-ban emelkedni kezdett, és 2015 közepén érte el jelenlegi szintjét, ami nagyjából 40-szeres sűrűségnövekedést jelent. Úgy tűnik, hogy az űreszköz hasonló sűrűségtartományban van, némi ingadozással az általuk elemzett teljes adatkészleten keresztül, amely 2020 elején ért véget.
Ocker és munkatársai jelenleg egy olyan fizikai modellt próbálnak kidolgozni, amely a plazmahullám-emisszió létrejöttére vonatkozik, ami kulcsfontosságú lesz annak értelmezésében. Eközben a Voyager 1 plazmahullám-alrendszere egyre távolabb küldi vissza az adatokat otthonától, ahol minden új felfedezés képes arra, hogy újra elképzeljük otthonunkat a kozmoszban.
Ha többet szeretne megtudni erről a kutatásról, olvassa el A 14 milliárd mérföldnyire lévő űr ürességében című részt, a Voyager I „zúgást” észlel a plazmahullámokból.
Hivatkozás: Stella Koch Ocker, James M. Cordes, Shami Chatterjee, Donald A. Gurnett, William S. Kurth és Steven R. Spangler „A Voyager 1 által észlelt tartós plazmahullámok a csillagközi térben”, 10. május 2021. Természet csillagászat.
DOI: 10.1038/s41550-021-01363-7