Il campo magnetico terrestre intrappola particelle ad alta energia. Quando i primi satelliti furono lanciati nello spazio, gli scienziati guidati da James Van Allen hanno scoperto inaspettatamente le regioni di radiazione delle particelle ad alta energia, che in seguito presero il nome dal suo scopritore:le cinture di radiazioni di Van Allen. visualizzato, questi sembrano due regioni a forma di ciambella che circondano il pianeta.

Ora, un nuovo studio condotto dai ricercatori del Centro di ricerca tedesco per le geoscienze GFZ mostra che gli elettroni nelle fasce di radiazione possono essere accelerati localmente a velocità molto elevate. Lo studio mostra che la magnetosfera funziona come un acceleratore di particelle molto efficiente, accelerando gli elettroni alle cosiddette energie ultrarelativistiche. Lo studio condotto da Hayley Allison, borsista post-dottorato presso GFZ Potsdam, e Yuri Shprits della GFZ e professore all'Università di Potsdam, è pubblicato in Comunicazioni sulla natura .

Per comprendere meglio l'origine delle cinture di Van Allen, nel 2012, La NASA ha lanciato la navicella spaziale gemella Van Allen Probes per attraversare questo ambiente estremamente difficile e condurre misurazioni dettagliate in questa regione pericolosa. Le misurazioni includevano una gamma completa di particelle che si muovevano a velocità diverse e in direzioni diverse, e onde di plasma. Le onde del plasma sono simili alle onde che vediamo sulla superficie dell'acqua, ma sono invisibili ad occhio nudo. Possono essere paragonati alle increspature nel campo elettrico e magnetico.

Recenti osservazioni hanno rivelato che l'energia degli elettroni nelle cinture può arrivare fino alle cosiddette energie ultrarelativistiche. Questi elettroni, con temperature superiori a 100 miliardi di gradi Fahrenheit, si muovono così velocemente che la loro energia di movimento è molto più alta della loro energia di riposo data dalla famosa formula di Einstein E=mc ² . Sono così veloci che il tempo rallenta notevolmente per queste particelle.

Gli scienziati sono rimasti sorpresi di trovare questi elettroni ultrarelativistici e hanno ipotizzato che energie così elevate possano essere raggiunte solo da una combinazione di due processi:il trasporto verso l'interno di particelle dalle regioni esterne della magnetosfera, che li accelera, e un'accelerazione locale delle particelle da parte delle onde di plasma.

Però, il nuovo studio mostra che gli elettroni raggiungono energie così incredibili localmente, nel cuore delle cinture, prendendo tutta questa energia dalle onde di plasma. Questo processo risulta essere estremamente efficiente. L'inaspettata scoperta di come opera l'accelerazione delle particelle a energie ultrarelativistiche nello spazio vicino alla Terra può aiutare gli scienziati a comprendere i processi fondamentali di accelerazione sul sole, vicino ai pianeti esterni, e anche negli angoli più remoti dell'universo, dove le sonde spaziali non possono raggiungere.