NASAのジュノー探査機からのデータの新たな分析によると、巨大惑星の弓衝撃は太陽風をそらすだけでなく、強力な粒子加速器として機能し、少なくとも1MeVの相対論的エネルギーまで電子を発射する。
惑星や星が宇宙を流れる荷電粒子の流れの中を移動するとき、それらの磁場は障害物のように働きます。入ってくる粒子は減速されて偏向され、バウショックと呼ばれる境界が形成されます。この境界の直前には衝撃があり、磁気状態によって粒子が光速近くまで加速される可能性がある可変領域です。写真提供者: Ben C. Smith、ジョンズ・ホプキンス応用物理研究所。
衝撃は、流体中を局所音速よりも速く移動する外乱/物体/流体によって引き起こされる外乱であり、これら 2 つの境界で圧力に突然の変化を引き起こします。
典型的な例は、惑星の大気と太陽風が出会う船首衝撃です。船首によって水面に生じる平行衝撃にちなんで名付けられました。
宇宙プラズマにおけるほとんどの衝撃は無衝突である。これは、粒子間の直接衝突では粒子密度が低すぎるため、衝撃エネルギーを熱に変換できないためである。代わりに、それは電磁力によって行われます。
衝突のない衝撃は、宇宙線が相対論的速度（光速に近い）まで加速できる場所であると考えられており、このプロセスは相対論的電子加速として知られています。
しかし、直接的な観察証拠が不足しているため、これらの構造がどのように機能するかについての科学者の理解は限られています。
ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所のサブバス・ラプティス博士らは声明で、「100年以上前に宇宙線が発見されて以来、天文学者たちは宇宙線の起源を探し求めてきた」と述べた。
「これらの高エネルギー粒子は、超新星や太陽フレアなど、さまざまな発生源から発生する可能性があります。」
「太陽宇宙線が地球に到達すると、衛星、通信、電力システムに混乱をもたらす宇宙天気の影響を引き起こす可能性があります。」
「NASAのミッションは、太陽粒子が最初に地球の磁場に遭遇する前線ノイズと呼ばれる、地球に近い領域で一部の電子がどのように高エネルギーを獲得するかを示した。」
「科学者らは、同じプロセスが他の惑星や天体物理学系の衝撃で高エネルギー粒子を加速させる原因ではないかと疑っていますが、これまで確認できていません。」
研究者らは、2023年10月1日にジュノーが木星に接近した際に収集したデータを分析した。
探査機は船首衝撃そのものを横切る前に、太陽風が惑星の磁気の影響を最初に「感じる」上流に形成される乱流領域である前衝撃を通過します。
約 20 分間、ジュノーは一時的なバーストと呼ばれる大きな泡のような乱れを観察しました。
宇宙船は 3 つの統合機器を使用して、この構造の内部で最大 1 MeV のエネルギーまで加速された電子を測定しました。
「これらの観測値と太陽系の補数を使用して、我々は、観測された過渡現象のサイズを最大粒子エネルギーに経験的に結び付けるハイラス限界の普遍的なスケーリング則を提案する」と著者らは結論付けた。
「このスケールを惑星の弓状衝撃から原始星ジェットや超新星残骸に至るまでのさまざまな環境に適用すると、それぞれMeVから約数十GeV、約数十TeVのスケールにわたる、達成可能な最大粒子エネルギーの単純なモデルが得られ、最大の物理的衝撃エネルギーを制限するための観測に基づいた方法が提供される。」
チームの論文は、2026 年 6 月 3 日にジャーナルに掲載されました。 自然。
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S.ラプティス 他。 2026年。木星の船首衝撃とそれ以降における相対論的電子の加速。 自然 654、47-51;土井: 10.1038/s41586-026-10473-z
