Ученые обнаружили значительный избыток гамма-лучей, исходящих от Солнца, которые представляют собой световое излучение с самой высокой энергией, когда-либо обнаруженное у земной звезды.
“Солнце более удивительно, чем мы думали”, - заявила научный сотрудник Мехр Ун Ниса из Мичиганского государственного университета, который работал над новым исследованием, опубликованным в журнале Physical Review Letters. “Мы думали, что разобрались с этой звездой, но это не так”.
Неожиданное открытие было сделано учеными, проанализировавшими результаты шестилетних наблюдений, проведенных высокогорной водной обсерваторией Черенкова, также известной как HAWC, которая внимательно отслеживает выбросы гамма-излучения с тех пор, как она была завершена в марте 2015 года.
Данные HAWC показали, что наше Солнце способно создавать значительный избыток сверхэнергичных гамма-лучей, который выходит за рамки того, что могут объяснить современные модели поведения нашего Солнца. Для контекста, видимый свет, испускаемый нашим Солнцем в результате реакции ядерного синтеза, бушующей в его сердце, несет энергию, эквивалентную одному электрон-вольту.
Однако гамма-лучи, обнаруженные HAWC, зарегистрированы как несущие от одного триллиона до почти 10 триллионов электронных хранилищ. Согласно пресс-релизу Мичиганского государственного университета, это делает гамма-лучи "светом с самой высокой энергией, когда-либо замеченной, учеными, на Солнце".
“Рассмотрев данные за последние шесть лет, мы нашли этот избыток гамма-лучей” - рассказала Низа. “Когда мы первый раз получили эти данные, мы подумали: "Мы определенно все перепутали. Солнце не может быть таким ярким при таких показателях энергии”.
Большое количество гамма-лучей, производимых Солнцем, образуется, когда в атмосферу нашей звезды попадают заряженные частицы, известные как космические лучи. Эти частицы высокой энергии сами по себе создаются во время различных катастрофических событий, которые происходят далеко за пределами нашей Солнечной системы, таких как гибель звезды в результате вспышки сверхновой или как побочный продукт пиршества черной дыры.
Будучи отклоненными обратно в космос магнитным полем Солнца, космические лучи взаимодействуют с газами в звездной атмосфере, вызывая образование солнечных гамма-лучей, часть из которых поглощается плотной атмосферой Земли.
Еще в 2011 году телескоп НАСА "Ферми" показал, что Солнце способно производить чрезвычайно энергичные гамма-лучи, и что звезда создает их примерно в семь раз больше, чем ожидалось на основе более ранних оценок. Однако, по данным Мичиганского государственного университета, возможности телескопа "Ферми" были ограничены возможностями его детектора гамма-излучения, который мог отслеживать только частицы с энергией до 200 миллиардов электрон-вольт.
Однако HAWC не имеет таких ограничений и способен обнаруживать гамма-лучи, несущие энергию в триллионы электрон-вольт. Расположенный на высоте 13 000 футов над уровнем моря, между вершинами двух спящих вулканов недалеко от Пуэблы, Мексика, HAWC с эстетической точки зрения находится настолько далеко от обычного телескопа, насколько это вообще возможно.
У него нет цилиндрической конструкции почтенного космического телескопа Хаббла, и он не может похвастаться золотыми зеркалами и отражателями космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, похожего на оригами. Вместо этого HAWC состоит из коллекции из 300 резервуаров для воды, заполненных примерно 60 000 метрических тонн очищенной воды.
Когда гамма-лучи попадают в атмосферу Земли, они распадаются на фрагменты света и частицы с более низкой энергией, известные под общим названием ‘воздушные ливни’. Вступая в контакт с резервуарами для воды, частицы создают свет в виде черенковского излучения, которое затем регистрируется приборами HAWC.
Наряду со сбором данных о невероятно энергичной природе гамма-лучей, данные HAWC также показали, что они имеют тенденцию возникать, когда Солнце переживает относительно спокойную фазу своего 11-летнего цикла активности. Двигаясь вперед, ученые будут стремиться ответить на вопрос о том, как магнитное поле Солнца формирует взаимодействие с космическими лучами, приводя к появлению гамма-лучей высокой энергии.
“Это показывает, что HAWC расширяет наши знания о нашей галактике при самых высоких энергиях, и это открывает вопросы о нашем собственном солнце” - сказала Низа, одна из почти 100 ученых, участвовавших в работе. “Это заставляет нас видеть вещи в другом свете. В буквальном смысле.”