Le champ magnétique terrestre piège les particules de haute énergie. Lorsque les premiers satellites ont été lancés dans l'espace, des scientifiques dirigés par James Van Allen ont découvert de manière inattendue les régions de rayonnement de particules à haute énergie, qui ont plus tard été nommés d'après son découvreur :les ceintures de radiation de Van Allen. Visualisé, ceux-ci ressemblent à deux régions en forme de beignet englobant la planète.

Maintenant, une nouvelle étude menée par des chercheurs du Centre de recherche allemand GFZ pour les géosciences montre que les électrons des ceintures de rayonnement peuvent être accélérés localement à des vitesses très élevées. L'étude montre que la magnétosphère fonctionne comme un accélérateur de particules très efficace, accélérer les électrons jusqu'aux énergies dites ultra-relativistes. L'étude menée par Hayley Allison, chercheur postdoctoral au GFZ Potsdam, et Yuri Shprits de GFZ et professeur à l'Université de Potsdam, est publié dans Communication Nature .

Pour mieux comprendre l'origine des ceintures de Van Allen, en 2012, La NASA a lancé le vaisseau spatial jumeau Van Allen Probes pour traverser cet environnement des plus difficiles et effectuer des mesures détaillées dans cette région dangereuse. Les mesures comprenaient une gamme complète de particules se déplaçant à différentes vitesses et dans différentes directions, et les ondes plasma. Les ondes plasma sont similaires aux ondes que l'on voit à la surface de l'eau, mais sont invisibles à l'œil nu. Ils peuvent être comparés à des ondulations dans le champ électrique et magnétique.

Des observations récentes ont révélé que l'énergie des électrons dans les ceintures peut aller jusqu'aux énergies dites ultra-relativistes. Ces électrons, avec des températures supérieures à 100 milliards de degrés Fahrenheit, se déplacent si rapidement que leur énergie de mouvement est bien supérieure à leur énergie de repos donnée par la célèbre formule d'Einstein E=mc ² . Ils sont si rapides que le temps ralentit considérablement pour ces particules.

Les scientifiques ont été surpris de trouver ces électrons ultra-relativistes et ont supposé que des énergies aussi élevées ne peuvent être atteintes que par une combinaison de deux processus :le transport vers l'intérieur de particules depuis les régions externes de la magnétosphère, qui les accélère, et une accélération locale des particules par les ondes plasma.

Cependant, la nouvelle étude montre que les électrons atteignent localement des énergies incroyables, au coeur des ceintures, en prenant toute cette énergie des ondes plasma. Ce procédé s'avère extrêmement efficace. La découverte inattendue du fonctionnement de l'accélération des particules aux énergies ultra-relativistes dans l'espace proche de la Terre peut aider les scientifiques à comprendre les processus fondamentaux de l'accélération sur le soleil, près des planètes extérieures, et même dans les coins lointains de l'univers, où les sondes spatiales ne peuvent pas atteindre.