Magnetic Fields inside Extremely Fast Shock Waves

Jorrit Wiersma

Jorrit Wiersma is op 29 mei 2007 gepromoveerd aan de Universiteit Utrecht op een onderzoek naar schokgolven die ontstaan bij zeer krachtige explosies in de ruimte. Hij heeft onderzocht hoe deze schokgolven in elkaar zitten, wat hun effect op het ijle gas in de omgeving is en wat de waarneembare gevolgen hiervan zouden kunnen zijn.

In schokgolven die zich bijna met de lichtsnelheid voortbewegen gedragen elektronen en protonen zich heel verschillend. Dit gedrag is een belangrijke factor bij het verklaren van zeer energetische explosies in het heelal zoals gammaflitsen. Alhoewel de interactie van elektronstromen in extreem snelle schokgolven binnen enkele seconden tot sterke magneetvelden en verwarming van het elektronengas in de schokgolf leidt, duurt het verwarmen van de protonen langer. Dit zal de structuur van deze schokgolven bepalen. Om fenomenen zoals gammaflitsen goed te begrijpen moeten natuurkundige modellen en computersimulaties de rol van zowel elektronen als protonen in snelle schokgolven goed meenemen.

Al in de jaren negentig van de vorige eeuw hebben astronomen vastgesteld dat magnetische velden een belangrijke rol spelen in extreem snelle schokgolven. Dit blijkt uit de golflengteverdeling van het licht dat we ontvangen van gammaflitsen. Gammaflitsen worden geproduceerd door schokgolven bij de ontploffing van zeer zware, snel roterende sterren.

De magneetvelden ontstaan in eerste instantie uit de interactie van elektronstromen in het schokfront. De rol van protonen was nog onduidelijk. Met hun onderzoek hebben Jorrit Wiersma en zijn promotor Bram Achterberg aangetoond dat de interactie van protonstromen ongeveer een factor 1000 tot 2000 minder efficiënt is en minder snel is dan die van elektronstromen: de verwarmde elektronen schermen de protonen af.

Wiersma en Achterberg concluderen dat deze schokgolven pas goed beschreven worden als theoretische modellen en computersimulaties de rol van zowel de elektronen als de protonen meenemen. Dat is met de huidige numerieke onderzoeksmethoden nog moeilijk vanwege het verschil in schaalgrootte tussen de dynamica van elektronen en de dynamica van protonen.

Promotie: 29 mei 2007, Universiteit Utrecht
Promotor: Prof.dr. A. Achterberg

PDF-file van het proefschrift (6,122 KB)