Ураган "Патриция", который обрушился на западное побережье Мексики в 2015 году, был самым мощным тропическим циклоном, когда-либо зарегистрированным в Западном полушарии. На фоне крайней жестокости бури ученым удалось увидеть нечто новое: нисходящий пучок позитронов, (антивещество, аналог электронов, но из анти материи), создающий всплеск мощных гамма- и рентгеновских лучей.
Это явление удалось обнаружить с помощью приборов, расположенных на борту самолета «Ураганный охотник» NOAA, который пролетел сквозь глаз бури (так называется центр ураганов и тайфунов на фото он в самом центре спирали). Позитронный луч не стал неожиданностью для ученых из Калифорнийского Университета (Санта-Крус, США), которые создали инструмент, для его регистрации. Но это был первый случай, когда кто-либо наблюдал это явление.
По словам Дэвида Смита, профессора физики в Калифорнийском университете в г. Санта-Крус, позитронный луч был нисходящей составляющей восходящей наземной гамма-вспышки, которую отправил короткий взрыв излучения в космическое пространство над штормом. Наземные гамма-вспышки (TGF) впервые были замечены в 1994 году космическими гамма-детекторами. Их происхождение сопровождает молнии и в настоящее время наблюдается тысячи раз орбитальными спутниками. Обратный позитронный пучок был предсказан теоретическими моделями TGF, но его так и не удавалось обнаружить.
"Это первое подтверждение этого теоретического предсказания, и оно показывает, что TGF пронзают атмосферу сверху донизу во время высокоэнергетического излучения",-сказал Смит. "Это событие можно было обнаружить из космоса, как и почти все другие регистрируемые TGF, в виде восходящего луча, вызванного лавиной электронов. Мы видели его снизу благодаря лучу антиматерии (позитронов), направленного в противоположном направлении."
Одним из неожиданных результатов исследования, опубликованного 17 мая в журнале Journal of Geophysical Research: Atmospheres, является то, что многие TGF (Наземные гамма-вспышки) могут быть обнаружены с помощью обратного позитронного пучка с использованием наземных приборов на больших высотах. Не обязательно для этого лететь в глаз урагану.
«Мы обнаружили это на высоте 2,5 километра, и, по моим оценкам, наши детекторы могли видеть его и ниже – на высоте более 1,5 километров от уровня моря. Это высота Денвера, поэтому есть много мест, где вы могли бы теоретически увидеть гамма-вспышки, если бы у вас был нужный инструмент в нужном место в нужное время во время грозы», - сказал Смит.
Несмотря на подтверждение обратного позитронного пучка, многие вопросы остаются нерешенными относительно механизмов, которые управляют TGF. Сильные электрические поля в грозах могут ускорять электроны до скорости света, и эти «релятивистские» электроны (частицы двигающиеся со скоростью света) излучают гамма-лучи при распаде атомов в атмосфере. Электроны также могут выбивать другие электроны из атомов и ускорять их до высоких энергий, создавая лавину релятивистских электронов. TGF, которая является чрезвычайно яркой вспышкой гамма-лучей, требует большого количества потоков релятивистских электронов.
«Это необычное событие, и мы по-прежнему не понимаем, как эта вспышка становится такой яркой», - сказал Смит.
Однако источником позитронов является хорошо известный феномен в физике, называемый парным образованием, в котором гамма-луч взаимодействует с ядром атома для создания электрона и позитрона. Поскольку они имеют противоположные заряды, они ускоряются в противоположных направлениях электрическим полем грозы. Движущиеся вниз позитроны создают рентгеновские лучи и гамма-лучи в своем направлении движения, когда они сталкиваются с атомными ядрами, точно также как и восходящие движущиеся электроны.
«То, что мы видели в самолете, - это гамма-лучи, создаваемые пучком нисходящих позитронов», - сказал Смит.
Слишком близко находиться к TGF может быть опасно, хотя риск быстро снижается с расстоянием от источника. Смит сказал, что доза гамма-излучения на расстоянии одного километра будет незначительной. «Гипотетически это риск, но шансы довольно малы», - сказал он. «Я не прошу пилотов летать в грозы, но если они все равно полетят, то я поставлю свой прибор на борт».
До этого группа Смита обнаруживала у TGF восходящий поток с помощью созданного ими прибора ADELE I, когда они летали над грозами во время сезона Атлантических ураганов.
Если Вы остались неравнодушны к статье - Поставьте оценку! А также Подписывайтесь на канал Наука. Грани Реальности.