Voyager Spacecraft detecteert een toename van de dichtheid van de ruimte buiten het zonnestelsel.

In november 2018, na een epische reis van 41 jaar, overschreed Voyager 2 eindelijk de grens die de grens van de invloed van de zon markeerde en ging de interstellaire ruimte binnen. Maar de missie van de kleine sonde is nog niet klaar – hij stuurt nu informatie naar huis over de ruimte buiten het zonnestelsel.

En het onthult iets verrassends. Naarmate Voyager 2 steeds verder van de zon af beweegt, neemt de dichtheid van de ruimte toe.

Het is niet de eerste keer dat deze dichtheidstoename wordt gedetecteerd. Voyager 1, die in 2012 de interstellaire ruimte binnenkwam, detecteerde een vergelijkbare dichtheidsgradiënt op een aparte locatie.

De nieuwe gegevens van Voyager 2 laten zien dat niet alleen de detectie van Voyager 1 legitiem was, maar dat de toename in dichtheid mogelijk een grootschalig kenmerk is van het zeer lokale interstellaire medium (VLIM).

De rand van het zonnestelsel kan worden bepaald door een paar verschillende grenzen, maar degene die door de Voyager-sondes wordt overschreden, staat bekend als de heliopauze en wordt bepaald door de zonnewind.

Dit is een constante supersonische wind van geïoniseerd plasma die vanuit de zon in alle richtingen uit de zon stroomt, en de heliopauze is het punt waarop de naar buiten gerichte druk van die wind niet langer sterk genoeg is om vanuit de interstellaire ruimte tegen de wind in te drukken.

De ruimte binnen de heliopauze is de heliosfeer en de ruimte daarbuiten is de VLIM. Maar de heliosfeer is geen ronde bol. Het is meer een ovaal, met het zonnestelsel aan het ene uiteinde en een stromende staart erachter; de “neus” is gericht in de richting van de baan van het zonnestelsel in de Melkweg.

Beide Voyagers staken de heliopauze bij de neus over, maar met een verschil van 67 graden in heliografische breedtegraad en 43 graden lengteverschil.

De ruimte wordt over het algemeen gezien als een vacuüm, maar dat is het niet, niet helemaal. De dichtheid van materie is extreem laag, maar bestaat nog steeds. In het zonnestelsel heeft de zonnewind een gemiddelde protonen- en elektronendichtheid van 3 tot 10 deeltjes per kubieke centimeter , maar hij wordt lager naarmate je verder van de zon verwijderd bent.

De gemiddelde elektronendichtheid van het interstellaire medium in de Melkweg, tussen de sterren, is berekend op ongeveer 0,037 deeltjes per kubieke centimeter. En de plasmadichtheid in de buitenste heliosfeer is ongeveer 0,002 elektronen per kubieke centimeter.

Terwijl de Voyager-sondes de heliopauze overstaken, detecteerden hun Plasma Wave Science-instrumenten de elektronendichtheid van het plasma door middel van plasma-oscillaties.

Voyager 1 stak de heliopauze over op 25 augustus 2012, op een afstand van 121,6 astronomische eenheden van de aarde (dat is 121,6 keer de afstand tussen de aarde en de zon, dus ongeveer 18,1 miljard km).

Toen Voyager 1 op 23 oktober 2013 voor het eerst de plasma-oscillaties meet na het passeren van de heliopauze op een afstand van 122,6 astronomische eenheden (18,3 miljard km), detecteerde Voyager 1 een plasmadichtheid van 0,055 elektronen per kubieke centimeter .

De Voyager 2, die de lange weg aflegde, vliegend door Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus, stak de heliopauze over op 5 november 2018 op een afstand van 119 astronomische eenheden (17,8 miljard km). Het meet de plasmastrillingen op 30 januari 2019 op een afstand van 119,7 astronomische eenheden (17,9 miljard) en vond een plasmadichtheid van 0,039 elektronen per kubieke centimeter, zeer dicht bij de Voyager 1-meting.

En beide instrumenten meldden een toename in dichtheid. Na nog eens 20 astronomische eenheden (2,9 miljard km) door de ruimte te hebben gereisd, rapporteerde Voyager 1 een toename tot ongeveer 0,13 elektronen per kubieke centimeter.

Maar detecties van Voyager 2 in juni 2019 toonden een veel scherpere toename van de dichtheid tot ongeveer 0,12 elektronen per kubieke centimeter, op een afstand van 124,2 astronomische eenheden (18,5 miljard eenheden).

Gezien het feit dat plasma bij atmosferische druk op aarde een elektronendichtheid heeft van 10 ^ 13 per kubieke centimeter, lijken die hoeveelheden misschien klein, maar ze zijn significant genoeg om onze interesse te rechtvaardigen – vooral omdat het niet duidelijk is waardoor ze worden veroorzaakt.

Een theorie is dat de interstellaire magnetische veldlijnen sterker worden naarmate ze over de heliopauze draperen. Dit zou een instabiliteit van de elektromagnetische ionencyclotron kunnen veroorzaken die het plasma uit het drapagebied haalt. Voyager 2 detecteerde een sterker magnetisch veld dan verwacht toen het de heliopauze passeerde.

Een andere theorie is dat materiaal dat door de interstellaire wind wordt geblazen, moet vertragen als het de heliopauze bereikt, waardoor er een soort verkeersopstopping ontstaat. Dit is mogelijk gedetecteerd door de buitenste sonde New Horizons van het zonnestelsel, die in 2018 de zwakke ultraviolette gloed oppikte als gevolg van een opeenhoping van neutraal waterstof tijdens de heliopauze.

Het is ook mogelijk dat beide verklaringen een rol spelen. Toekomstige metingen die door beide Voyager-sondes worden uitgevoerd terwijl ze hun reis naar de interstellaire ruimte voortzetten, kunnen helpen om dit te achterhalen. Maar dat zou een lange gok kunnen zijn.

“Het is niet zeker”, schreven de onderzoekers in hun paper, “of de Voyagers ver genoeg zullen kunnen opereren om onderscheid te maken tussen deze twee klassen van modellen.”

Wij geloven in jou, ruimtesondes!

Het onderzoek is gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters .

Geef een reactie