Astronomen maken eerste 3D-kaart van de heliopauze

De heliosfeer van ons zonnestelsel is het gebied waarin de zonnewind de overheersende stroom van deeltjes is. Het gebied wordt begrensd door de heliopauze, de uiterste grens van het zonnestelsel. waar de kracht van de zonnewind zo sterk is afgenomen dat ze wordt opgeheven door de stroming van deeltjes die het interstellair medium vormen. Een team astronomen van het Amerikaanse Los Alamos National Laboratory (LANL) heeft recent de allereerste 3D-kaart van de heliopauze gemaakt. De kaart is samengesteld met behulp van data afkomstig van NASA’s IBEX-satelliet. IBEX staat voor ‘Interstellar Boundary Explorer’ en draait in een baan om de aarde. De gebruikte data voor de kaart betreft een volledige zonnecyclus tussen 2009 en 2019.

Structuur van het zonnestelsel en omliggende ruimte Credits; NASA/JPL

IBEX werd in 2008 gelanceerd met de bedoeling om de interacties tussen het interstellaire medium en zonnewinden te registreren. Deze krachtige zonnewinden, die enorme snelheden kunnen bereiken en bestaan uit protonen, elektronen en alfa-deeltjes, geven vorm aan de belachtige heliosfeer. De grenslaag rond de heliosfeer staat bekend als de heliosheath, en daarbinnen bevindt zich de heliopauze, de uiterste rand van deze grenslaag. Een van de functies van de IBEX-satelliet is het detecteren van deeltjes die uit de heliosheath komen, en daaronder is een ‘bijproduct’ van botsingen tussen de zonnewind en de interstellaire wind, energetisch neutrale atomen (ENA’s) genoemd. Hoe sterker de zonnewind wanneer deze in de heliosheath botst, hoe hoger het aantal ENA’s dat de IBEX-satelliet zal detecteren.

3D-kaart heliosfeer Credits; Los Alamos National laboratory, DOE

“Het ‘zonnewind-signaal’ dat door de zon wordt uitgezonden, varieert in sterkte en vormt een uniek patroon”, aldus Daniel B. Reisenfeld, hoofdauteur van het wetenschappelijk artikel dat op 10 juni j.l. gepubliceerd is in The Astrophysical Journal, en vervolgt: “IBEX zal datzelfde patroon zien in het terugkerende ENA-signaal, twee tot zes jaar later, afhankelijk van de ENA-energie en de richting waarin IBEX door de heliosfeer ‘kijkt’. M.b.v. dit tijdsverschil vinden we de afstand tot het ENA-brongebied in een bepaalde richting.”

Heliosfeer (bruin), interstellair medium (blauw), waartussen de grens de ‘heliopauze’ligt. Credits; LANL/IBEX

De wetenschappers vergelijken dit met de manier waarop vleermuizen sonar gebruiken om hun omgeving in kaart te brengen. Maar in plaats van sonarpulsen te gebruiken om grotten in kaart te brengen, gebruikte het team de zonnewind om de eerste 3D-kaart van de heliosfeer’s grens te bouwen. Deze nieuwe kaart laat zien dat de kortste afstand tussen de zon en de heliopauze, in de richting van de interstellaire wind, 120 astronomische eenheden (één AU is de afstand van de aarde tot de zon) is. In de tegenovergestelde richting strekt de heliopauze zich uit over minstens 350 AU van de zon. “Natuurkundige modellen hebben deze grens jarenlang getheoretiseerd”, aldus Reisenfeld. “Maar dit is de eerste keer dat we het echt hebben kunnen meten en er een driedimensionale kaart van hebben gemaakt.” Onderstaande video geeft een overzicht van het onderzoek. Bron; LANL

Waarnemingen NASA’s IBEX leggen interstellair magnetisch veld vast

Credits: NASA/IBEX/Adler Planetarium

Sterrenkundigen hebben met behulp van waarnemingen gedaan door NASA’s Interstellar Boundary Explorer (IBEX), een ruimtevaartuig dat in 2008 werd gelanceerd, het interstellair magnetisch veld rondom het zonnestelsel vast kunnen leggen. In een op 8 februari in the Astrophysical Journal gepubliceerd artikel komen ze met details over het magnetisch veld buiten de heliopauze, de rand van het zonnestelsel. In het artikel gaat men uit van de door IBEX waargenomen lange band aan de hemel, waar hoogenergetische protonen, die tot de zonnewind behoren, na een lange reis van de zon naar de buitenste delen van het zonnestelsel teruggekaatst zijn en weer richting de binnenste regionen van het zonnestelsel zijn gegaan en waar ze gedetecteerd zijn door de instrumenten van IBEX. In de afbeelding hieronder zie je die band,

Credit: SwRI

Zoals in de bovenste afbeelding te zien is heb je in die buitenste delen een gebied gelegen tussen de zogeheten termination shock en de heliopauze. Men denkt dat sommige protonen van de zonnewind een elektron op kunnen pikken, waardoor ze in staat zijn door de barriére van de heliopauze heen te breken. Daar buiten raken ze het elektron weer kwijt en dan komen ze vervolgens in aanraking met het interstellair magnetisch veld, het magnetisch veld van de Melkweg. Hieronder een simulatie van het interstellair magnetisch veld (ISMF in de afbeelding), buiten de heliopauze (HP). Van drie protonen, die opgevangen zijn door IBEX, is aangegeven hoe ver ze vermoedelijk gekomen zijn.

Credits: SwRI/Zirnstein

Door de waarnemingen van de IBEX band heeft men een indruk kunnen krijgen van de richting en sterkte van het interstellair magnetisch veld. De termination shock is al gepasseerd door de Voyager 1 (op 94 AE, astronomische eenheid, de afstand tussen aarde en zon, 150 miljoen km) en Voyager 2 (84 AE) en die hebben ook waarnemingen gedaan aan het magnetisch veld, maar op die positie is dat veld behoorlijk verstoord. Bron: NASA.

Kosmische straling bevestigt richting interstellair magnetisch veld

De gemeten intensiteit van de kosmische straling (links) vergeleken met de voorspelling op basis van IBEX-gegevens (rechts). De overeenkomst is treffend. Credit: Nathan Schwadron, UNH-EOS.

De bepaling van de richting van het magnetische veld in de ruimte buiten het zonnestelsel door de Interstellar Boundary Explorer (IBEX) is in overeenstemming met recente waarnemingen van energierijke kosmische straling. Tot die conclusie komen Amerikaanse wetenschappers vandaag in de online-editie van Science. De ontdekking wijst erop dat de omstandigheden in de lokale interstellaire ruimte bepalend zijn voor de koers die de deeltjes van de kosmische straling in de directe omgeving van het zonnestelsel volgen.IBEX is een NASA-satelliet die het overgangsgebied tussen het zonnestelsel en de interstellaire ruimte in kaart brengt. In 2009 ontdekte de satelliet een smalle gordel aan de rand van het zonnestelsel van waaruit atomen onze kant op komen. Modelberekeningen lieten zien dat deze gordel waarschijnlijk de plaats aangeeft waar neutrale waterstofatomen het magnetische veld van de interstellaire ruimte betreden. Metingen van energierijke kosmische straling, zoals gemeten door speciale detectors zoals Milagro en IceCube, lijken deze theorie te bevestigen. Om de vorm van de heliosfeer – de reusachtige ‘bubbel’ die onze zonnestelsel omsluit en ons tegen kosmische straling beschermt – te kunnen begrijpen, is het zaak om te weten welke richting het magnetische veld buiten ons zonnestelsel heeft. Het feit dat zowel de door IBEX gemeten atomen als de veel energierijkere deeltjes van de kosmische straling dezelfde richting aan het interstellaire magnetische veld toekennen, vergroot het vertrouwen in de metingen. Bron: Astronomie.nl

Staart van het zonnestelsel blijkt vorm van een klavertje vier te hebben

Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center.

Net als kometen heeft ook het zonnestelsel een staart en door metingen met NASA’s Interstellar Boundary Explorer (IBEX) heeft men gezien dat die staart ruwweg de vorm van een klavertje vier heeft. Met die in oktober 2008 gelanceerde satelliet heeft men drie jaar lang onderzoek gedaan naar de staart van het zonnestelsel – de heliostaart genoemd – en daarbij keek men met de techniek genaamd ‘energetic neutral atom imaging’ naar neutrale deeltjes, die geproduceerd werden doordat de heliostaart aan de rand van het zonnestelsel botst met deeltjes vanuit de interstellaire ruimte. Het beeld dat IBEX aan de hand van de metingen gemaakt heeft van de heliostaart bestaat uit twee lobben met langzaam bewegende deeltjes – in de figuur hieronder de geelrode gebieden, aan beiden zijden van het centrum van de staart ‘downwind’ – en twee lobben met snel bewegende deeltjes – boven en beneden in de figuur.

Credits: NASA/IBEX

De bron van de heliostaart is de zonnewind, de stroom geladen deeltjes afkomstig van de zon, en die zonnewind is sterker aan de polen van de zon dan aan de evenaar. Dat verklaart deels de door IBEX waargenomen vorm van de heliostaart. Deels wordt de vorm ook bepaald door de invloed van het magnetische veld van de Melkweg, dat aan de rand van het zonnestelsel sterker wordt dan het magnetisch veld van de zon. Hieronder een video over de waarnemingen door IBEX van de heliostaart.

Bron: NASA.

Meer bekend over interstellaire medium buiten ons zonnestelsel

Credit: NASA/Goddard

Ons zonnestelsel wordt omgeven door een grote magnetische bel, waarin continue deeltjes worden geblazen die afkomstig zijn van de zon. Die deeltjes van de zonnewind komen in botsing met de deeltjes van het zogenaamde interstellaire medium (ISM) en de plek waar die botsing plaatsvindt heet de heliosheath, een deel van de heliosfeer rondom de zon. Op de afbeelding hiernaast is dat het gedeelte met die blauwe en rode strepen. Geladen deeltjes vanuit de ISM komen niet door de heliosheath heen, maar neutrale deeltjes kunnen dat wel. En dat zijn precies de deeltjes die met NASA’s Interstellar Boundary Explorer (IBEX) zijn waargenomen. Met die satelliet kunnen ze de gehele hemel in één jaar tijd afstruinen naar neutrale deeltjes afkomstig van buiten het zonnestelsel en dat hebben ze nu al drie jaar achtereen gedaan. Het resultaat is dat men heeft kunnen vaststellen in welke verhoudingen waterstof, zuurstof, neon en helium in het ISM voorkomen en dat blijkt te verschillen van de verhoudingen in het zonnestelsel. Zo zijn er in het ISM op iedere 20 neonatomen 74 zuurstofatomen, terwijl dat 20:111 in het zonnestelsel is.

Credit: NASA/Goddard

Ons zonnestelsel heeft dus verhoudingsgewijs meer zuurstof – essentieel voor het ontstaan van leven – en de grote vraag is natuurlijk hoe dat kan. Er is een mogelijkheid dat het zonnestelsel ergens anders in het Melkwegstelsel is ontstaan, in een gebied waar meer zuurstof is, óf dat er in het ISM wel zuurstof is, maar dat het verborgen zit in bijvoorbeeld stof- of ijsdeeltjes. Het zonnestelsel moet zo’n 45.000 jaar geleden terecht zijn gekomen in de lokale ISM, waar het zich nu bevindt. Met IBEX kon men ook de snelheid meten waarmee de deeltjes van het ISM tegen de heliosheath botsen: maar liefst 84.000 km per uur, 12% langzamer dan men eerst op basis van metingen met een andere satelliet – Ulysses – dacht. Die ‘galactische wind’ – welke windkracht zou dat opleveren, die 84.000km/u? – komt vooral uit de richting van het sterrenbeeld Schorpioen en is naar de zon gericht.  Meer informatie over de waarnemingen met IBEX aan het ISM dat het zonnestelsel omringt in de volgende video:

Bron: NASA.

IBEX ziet de rand van het zonnestelsel veranderen

IBEX ziet de rand van het zonnestelsel veranderen. Credit: NASA/Goddard Space Flight Center

Vorig jaar ontdekte de op 19 oktober 2008 gelanceerde Interstellar Boundary Explorer (IBEX) aan de rand van het zonnestelsel een heldere strook van zogenaamde energetisch neutrale atomen (ENA’s), met energieën tussen 0,2 en 6 KeV. IBEX is gemaakt om de heliosfeer te bestuderen, de grens van het zonnestelsel, waar de deeltjes van de  zonnewind en van het magnetische veld van de zon botsen met de deeltjes van het interstellaire medium. De wetenschappers hadden verwacht een uniform verspreidde hoeveelheid ENA’s te zien, maar die strook, voorzien van enkele ‘hotspots’ was de onverwachtte uitkomst. Nu, een jaar later, blijkt er opnieuw een verrassing te zijn: weer een jaar van waarnemen door IBEX laat zien dat de strook gewijzigd is. De helderheid blijkt over het algemeen met 10 tot 15% te zijn afgenomen en de hotspots zijn verdwenen, opgelost in de strook. Men had wel veranderingen verwacht, maar dan in een elfjarige cyclus, de cyclus van de zonne-aciviteit. Maar een dergelijke snelle verandering is onverwacht. Men denkt dat de afname van de helderheid van de strook komt door de ongekend lage activiteit die de zon de afgelopen jaren kent. In de volgende video zie je meer over IBEX en de door haar/hem/het – kies maar – waargenomen strook aan de rand van het zonnestelsel. Het start zonder geluid, maar op een gegeven moment hoor je commentaar. Het gaat met name om de beelden vanaf 3 minuten.

Bron: Eurekalert.

Zie hier de rand van het zonnestelsel

Credit: NASA/Goddard Space Flight Center

De op 19 oktober 2008 gelanceerde IBEX (Interstellar Boundary Explorer) heeft bovenstaande foto gemaakt van de heliosfeer, de rand van het zonnestelsel. De IBEX is door de NASA gebouwd om de buitenste delen van het zonnestelsel te onderzoeken en da’s aardig gelukt. De heliosfeer, het gebied waarin de zonnewind de overheersende stroom van deeltjes is, grenst middels de heliopauze aan het interstellaire medium en de metingen van IBEX laten zien dat er in die heliopauze een mysterieuze strook voorkomt, met een hogere energie dan elders. Op de foto is die strook goed te zien. IBEX keek naar energetisch neutrale atomen (ENA) met energieën tussen 0,2 en 6 KeV.

De heliopauze en het interstellaire medium. Credit: NASA/Goddard Space Flight Center

In de heldere strook blijkt de ENA 200 á 300% hoger te zijn dan daarbuiten en dat heeft de wetenschappers enigszins verbaasd. Teamleider van IBEX is David McComas en die heeft het vermoeden dat de strook verband houdt met het interstellaire magnetische veld, waarvan je hiernaast een voorstelling ziet. In die afbeelding zie je de IBEX-afbeelding gekromd weergegeven, zodat je een goed idee krijgt van de heliopauze. Je ziet er ook de lokaties van de ruimtevaartuigen Voyager 1 en 2, die samen met de Pioneer 10 en 11 het meeste ver verwijderd in het zonnestelsel zijn. De Voyager 1 en 2 – V1 en V2 op de bovenste afbeelding – bevinden zich aan weerzijden van de strook, maar geen van beiden heeft de strook ooit opgemerkt. En de IBEX, die ergens tussen Aarde en Maan bivakeert heeft dat dus wel gedaan. Knap hoor! Bron: NASA.

IBEX is gelanceerd

De Pegasus met daarin IBEX. Credit: NASA

De IBEX is zondag met behulp van een Pegasus XL-raket om 19.48 uur Nederlandse tijd gelanceerd. IBEX is de Interstellar Boundary Explorer die door de NASA is gebouwd om de buitenste delen van het zonnestelsel te onderzoeken. Die Pegasus hing op haar beurt weer onder het Lockheed L-1011 vliegtuig genaamd Stargazer, die opgestegen was vanaf de de Reagan testsite op het Kwajalein Atol, deel uitmakend van de Marshalleilanden ergens in de Stille Oceaan. IBEX zal vanaf een hoogte van 322.000 km boven het aardoppervlak de komende twee jaren onderzoek doen naar de interactie tussen de zonnewind en de interstellaire ruimte, welke zich afspeelt aan de rand van het zonnestelsel. Een video van de bijzondere lancering van IBEX is hier te zien [1]Volgens mij doet die video het niet altijd, heb ik gemerkt. Blijven proberen, zou ik zeggen. 🙂 . Bron: NASA/IBEX.

References[+]

References
1 Volgens mij doet die video het niet altijd, heb ik gemerkt. Blijven proberen, zou ik zeggen. 🙂

IBEX klaar om rand zonnestelsel te onderzoeken

IBEX logo. credit: NASA/GSFC.

De IBEX klinkt als een beursgraadmeter á  la de AEX-index en die indexen hebben het de laatste tijd behoorlijk zwaar [1]Geloof het of niet, maar nádat ik dit schreef zag ik op Wikipedia wat IBEX in Spanje is: De IBEX-35 is de aandelenindex van de Spaanse effectenbeurs Bolsa de Madrid. 😀 . Maar gelukkig staat de IBEX voor de Interstellar Boundary Explorer, een ruimtevaartuig dat met een prijskaartje van $ 169 miljoen door de NASA is gebouwd om de buitenste delen van het zonnestelsel te onderzoeken. Op zondag 19 oktober wordt IBEX met behulp van een Pegasus XL raket gelanceerd vanaf de Kwajalein Atol, deel uitmakend van de Marshalleilanden ergens in de Stille Oceaan. Dat IBEX de buitenste delen van het zonnestelsel gaat bestuderen wil NIET zeggen dat ‘ie er ook helemaal naartoe vliegt. Nee, dat doen IBEX vanaf een hoogte van 322.000 km boven het aardoppervlak, vanwaar hij gewoon een omloop om de Aarde krijgt. Vanaf dat punt is de IBEX in staat om onderzoek doen aan de termination shock, het punt waar de heliosfeer, het gebied waarin de zonnewind de overheersende stroom van deeltjes is, overgaat in de heliopauze. De heliopauze wordt door velen beschouwd als de uiterste grens van ons zonnestelsel en ook als een belangrijk schild tegen de kosmische stralen die van andere delen van de melkweg afkomstig zijn. In het logo van IBEX is die functie prachtig weergegeven. December 2007 passeerde de Voyager 2 de termination shock. De bedoeling is dat IBEX een kaart van de gehele hemel maakt waarop te zien is hoe de heliosfeer/pauze reageren op de hoogenergetische deeltjes die van buitenaf inwerken. Zodoende wil men een idee krijgen van de wijze waarop het zonnestelsel zich beweegt door de Melkweg. Goh, en dat allemaal vanaf een punt dat nog bá¬nnen de baan van de Maan ligt. Goede ogen heeft die IBEX! 🙂 Bron: Space.com.

References[+]

References
1 Geloof het of niet, maar nádat ik dit schreef zag ik op Wikipedia wat IBEX in Spanje is: De IBEX-35 is de aandelenindex van de Spaanse effectenbeurs Bolsa de Madrid. 😀