Circondando la Terra, nella sua magnetosfera, sono due concentrici, cinture di radiazioni a forma di ciambella note come cinture di Van Allen. Le cinture di Van Allen si gonfiano e si ritirano in risposta all'energia in arrivo dal sole, a volte fluttuando abbastanza lontano da esporre i satelliti in orbita e altri veicoli spaziali a radiazioni dannose che possono interrompere le comunicazioni elettroniche e i segnali di navigazione, così come le reti elettriche. Questi elettroni della cintura di radiazione viaggiano vicino alla velocità della luce ed emettono e assorbono onde che vengono utilizzate dagli scienziati per comprendere il tempo spaziale.

Un team internazionale di scienziati ha recentemente scoperto il ruolo che gli elettroni caldi possono svolgere nelle onde e nelle fluttuazioni rilevate dai satelliti. Il team di ricerca riporta i suoi risultati questa settimana in Fisica dei Plasmi . I loro risultati si basano sui dati raccolti dalle sonde Van Allen, navicella spaziale robotica gemella lanciata dalla NASA nel 2012 per aiutare gli scienziati a comprendere meglio queste regioni della cintura.

La ricerca precedente si è concentrata sulle onde elettromagnetiche a bassa frequenza emesse da elettroni freddi come la principale causa di accelerazione e perdita di elettroni relativistici. Queste interazioni onda-particella influenzano direttamente la larghezza delle bande. Le onde a bassa frequenza includono le onde plasma in modalità whistler, così chiamati per il suono sibilante o statico che emettono che è udibile attraverso un altoparlante.

Questa teoria generale descrive gli elettroni del vento solare che interagiscono con queste onde di plasma a bassa frequenza. Ciò fa sì che gli elettroni ottengano un'enorme quantità di energia dall'amplificazione delle onde in modalità whistler attraverso la plasmasfera circostante.

Però, secondo il gruppo di ricerca, le onde a bassa frequenza sono tipicamente associate a condizioni magnetosferiche attive, che non sempre si verificano. In contrasto, le fluttuazioni quasi elettrostatiche (ES) ad alta frequenza nella frequenza ibrida superiore sono una caratteristica costante e pervasiva nell'ambiente della fascia di radiazione terrestre, come è stato recentemente scoperto attraverso nuovi dati delle sonde Van Allen.

"Onde occasionali a bassa frequenza con ampiezze estremamente grandi possono accelerare improvvisamente gli elettroni, " ha detto Junga Hwang, ricercatore principale presso il Korea Astronomy and Space Science Institute in Corea del Sud e coautore dell'articolo. "Ma noi crediamo che siano le fluttuazioni ES ad alta frequenza che vengono costantemente emesse e riassorbite dagli elettroni caldi, che consentono a questi elettroni della cintura di radiazione di rimanere all'interno della banda di Van Allen esterna per lungo tempo".

Nel loro studio, i ricercatori hanno esaminato gli elettroni in tre gamme di energia:elettroni freddi, elettroni caldi ed elettroni relativistici. Gli elettroni freddi contribuiscono principalmente alla densità elettronica di fondo. Gli elettroni caldi sono conosciuti come la principale fonte per la produzione di onde. Gli elettroni relativistici, nel frattempo, risultato di processi di accelerazione delle particelle, ma non influenzano le caratteristiche medie del plasma. I ricercatori hanno scelto intervalli di "tempo di quiete" per studiare le onde ad alta frequenza quando le onde di plasma a bassa frequenza erano assenti.

"Poiché gli elettroni caldi costituiscono solo una piccola frazione della densità del numero totale di elettroni, il pensiero generale è stato che le fluttuazioni dell'ibrido superiore sono utili solo come strumento per misurare indirettamente la densità del numero di elettroni freddi, " Ha detto Hwang. "Tuttavia, i dati delle sonde di Van Allen hanno mostrato che le fluttuazioni ES (elettrostatiche) ibride superiori esistono in modo pervasivo e ubiquitario nelle fasce di radiazione. Da li, abbiamo dimostrato che la presenza di elettroni caldi e le fluttuazioni dell'ibrido superiore sono fenomeni reciprocamente correlati".