O campo magnético da Terra captura partículas de alta energia. Quando os primeiros satélites foram lançados ao espaço, cientistas liderados por James Van Allen descobriram inesperadamente as regiões de radiação de partículas de alta energia, que mais tarde recebeu o nome de seu descobridor:os cintos de radiação Van Allen. Visualizado, estas se parecem com duas regiões em forma de rosca que abrangem o planeta.

Agora, um novo estudo liderado por pesquisadores do Centro Alemão de Pesquisa de Geociências GFZ mostra que os elétrons nos cinturões de radiação podem ser acelerados localmente a velocidades muito altas. O estudo mostra que a magnetosfera funciona como um acelerador de partículas muito eficiente, acelerando os elétrons para as chamadas energias ultra-relativísticas. O estudo conduzido por Hayley Allison, um pós-doutorado na GFZ Potsdam, e Yuri Shprits da GFZ e professor da Universidade de Potsdam, é publicado em Nature Communications .

Para entender melhor a origem dos cintos Van Allen, em 2012, A NASA lançou a nave dupla Van Allen Probes para atravessar este ambiente mais hostil e realizar medições detalhadas nesta região perigosa. As medições incluíram uma gama completa de partículas movendo-se em diferentes velocidades e em diferentes direções, e ondas de plasma. As ondas de plasma são semelhantes às ondas que vemos na superfície da água, mas são invisíveis a olho nu. Eles podem ser comparados a ondulações no campo elétrico e magnético.

Observações recentes revelaram que a energia dos elétrons nos cinturões pode chegar às chamadas energias ultra-relativísticas. Esses elétrons, com temperaturas acima de 100 bilhões de graus Fahrenheit, movem-se tão rapidamente que sua energia de movimento é muito maior do que sua energia de repouso dada pela famosa fórmula de Einstein E =mc ² . Eles são tão rápidos que o tempo diminui significativamente para essas partículas.

Os cientistas ficaram surpresos ao encontrar esses elétrons ultra-relativísticos e presumiram que essas altas energias só podem ser alcançadas por uma combinação de dois processos:o transporte para dentro de partículas das regiões externas da magnetosfera, que os acelera, e uma aceleração local de partículas por ondas de plasma.

Contudo, o novo estudo mostra que os elétrons alcançam essas energias incríveis localmente, no coração dos cintos, tirando toda essa energia das ondas de plasma. Esse processo é extremamente eficiente. A descoberta inesperada de como a aceleração de partículas para energias ultrarrelativísticas opera no espaço próximo à Terra pode ajudar os cientistas a entender os processos fundamentais de aceleração do Sol, perto de planetas exteriores, e mesmo nos cantos distantes do universo, onde as sondas espaciais não podem alcançar.