Ученые обнаружили свет с самой высокой энергией, когда-либо наблюдаемый от Солнца


Фото из открытых источников
Учеными был обнаружен самый мощный свет, когда-либо наблюдаемый, исходящий от Солнца, что создало новую загадку для солнечных физиков. Шестилетняя кампания наблюдений, проведенная более чем 30 учреждениями в Северной Америке, Европе и Азии, привела к первому в истории обнаружению солнечного гамма-излучения в диапазоне тераэлектронвольт (ТэВ). Новое исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
 
Но, вопреки тому, что можно было бы ожидать, это не коррелировало с повышенной солнечной активностью; или, действительно, любой солнечной активности. Скорее, во время обнаружения Солнце было довольно спокойным, и наши современные модели Солнца не могут это объяснить.
 
Солнце — наиболее интенсивно изучаемая звезда в космосе. У нас есть наблюдения, охватывающие весь спектр, от низкочастотных радиоволн до самого энергичного света во Вселенной, гамма-излучения. Однако при всем при этом мы многого не знаем о нашей родной звезде. Подробности о его процессах до сих пор ускользают от нас.
 
Мы знаем, что магнитные поля важны, играя решающую роль почти во всей наблюдаемой нами солнечной активности, но механизмы этого плохо изучены. Мы изучаем свет, излучаемый Солнцем, чтобы попытаться получить более глубокое понимание.
 
Обсерватория High Altitude Water Cherenkov ( HAWC ) в Мексике — один из инструментов, который мы используем для изучения гамма-излучения и космического излучения из космоса, сталкивающегося с земной атмосферой. Атмосфера блокирует доступ этого излучения к нам, но это может привести к образованию высокоэнергетических частиц, которые можно обнаружить в темноте, а энергия и направление их родительского гамма-излучения вычисляются на основе этого обнаружения.
 
«HAWC — один из немногих детекторов, способных наблюдать за Солнцем в ТэВ-диапазоне», — пишет международная коллаборация HAWC, проводившая исследование. «Его большое поле зрения и высокая доля времени жизни позволяют непрерывно экспонировать, когда Солнце проходит по небу».
 
В данных, собранных с помощью HAWC в период с 2014 по 2021 год, исследователи обнаружили выбросы в диапазоне от 0,5 до 2,6 ТэВ (один ТэВ — это триллион электронвольт), исходящие со стороны Солнца. Их новый конвейер анализа определил, что это излучение исходило от Солнца с вероятностью 6,3 сигма.
 
Это не самый высокий энергетический свет, который когда-либо видели в космосе. Этот рекорд относится к наблюдению гамма-лучей с энергией 450 ТэВ, исходящих из Крабовидной туманности несколько лет назад. Но это новый хит для нашей собственной звезды.
 
«Посмотрев на данные за шесть лет, мы обнаружили этот избыток гамма-лучей», — говорит Мехр Ун Ниса, астрофизик из Мичиганского государственного университета. «Когда мы впервые увидели это, мы подумали: «Мы определенно все испортили. Солнце не может быть таким ярким при таких энергиях».
 
Мы знаем, что иногда Солнце буянит. Он набрасывается солнечными вспышками и корональными выбросами массы. Но Солнце не просто излучает свет. Это тоже попадает под удар. Космические лучи из более широкой галактики постоянно текут сквозь пространство. Здесь, на Земле, эти космические лучи взаимодействуют с атмосферой, создавая гамма-излучение.
 
Предполагается, что аналогичный процесс происходит на Солнце. Галактические космические лучи сталкиваются с ядрами в солнечной атмосфере в диапазоне гигаэлектронвольт (1 миллиард электронвольт).
 
Команда считает, что эмиссия ТэВ, вероятно, является результатом этого взаимодействия. Они также изучили данные о ГэВ, собранные HAWC и космическим гамма-телескопом НАСА Fermi LAT, и обнаружили, что излучение ГэВ было ярче и обильнее, чем ожидалось, в периоды затишья Солнца.
 
Чего мы не знаем, так это того, как излучение становится таким ярким. Это не соответствует теоретическим моделям. Учитывая, насколько паршиво Солнце с беспорядочными магнитными полями, вполне вероятно, что они играют свою роль. Действительно, в статье, опубликованной ранее в этом году, предполагалось, что солнечные магнитные поля действуют как ускорители космических электронов, производящих синхротронное гамма-излучение.
 
Однако потребуется дополнительное моделирование, чтобы точно определить, как это достигается.
 
«Модели взаимодействия космических лучей на Солнце… уже недооценивают наблюдаемый поток гамма-излучения от Солнца в диапазоне ГэВ. Наши наблюдения подчеркивают необходимость пересмотра концепции, которая может объяснить аномальный избыток гамма-лучей от Солнца также в диапазоне ТэВ», - отметили ученые.