Ученые обнаружили самый высокий

Только что был обнаружен самый энергичный свет, когда-либо наблюдавшийся, исходящий от Солнца, что создает новую загадку, которую предстоит решить физикам Солнца.

Шестилетняя кампания наблюдений, проводимая более чем 30 учреждениями в Северной Америке, Европе и Азии, привела к первому в истории обнаружению солнечного гамма-излучения в диапазоне тераэлектронвольт (ТэВ).

Но, вопреки тому, что можно было ожидать, это не коррелировало с повышенной солнечной активностью; или вообще любая солнечная активность. Скорее, на момент обнаружения Солнце было довольно спокойным, и наши нынешние модели Солнца не могут это полностью 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, несмотря на все это, мы многого не знаем о нашей родной звезде. Подробности о его процессах до сих пор ускользают от нас.

Мы знаем, что магнитные поля важны и играют решающую роль практически во всей солнечной активности, которую мы наблюдаем, но механизмы этого явления плохо изучены. Мы изучаем свет, излучаемый Солнцем, чтобы попытаться глубже понять его.

Обсерватория High Altitude Water Cherenkov (HAWC) в Мексике — один из инструментов, который мы используем для изучения гамма- и космического излучения из космоса, которое сталкивается с атмосферой Земли.

Атмосфера не позволяет этому излучению достичь нас, но при этом могут образовываться частицы высокой энергии, которые можно обнаружить в темноте, а энергия и направление их родительских гамма-лучей рассчитываются на основе этого обнаружения.

«HAWC — один из немногих детекторов, способных наблюдать Солнце в ТэВ-диапазоне», — пишет международная коллаборация HAWC, проводившая исследование. «Его большое поле зрения и высокая продолжительность жизни позволяют осуществлять непрерывную экспозицию во время прохождения Солнца 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 свет самой высокой энергии, когда-либо виденный в космосе. Этот рекорд принадлежит наблюдению гамма-лучей с энергией 450 ТэВ, исходящих со стороны Крабовидной туманности несколько лет назад. Но это новый хит для нашей звезды.

«После изучения данных за шесть лет мы обнаружили этот избыток гамма-лучей», — говорит Мехр Ун Ниса, физик-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 становится шумным. Он сопровождается солнечными вспышками и корональными выбросами массы. Но Солнце не просто излучает свет. Оно тоже попадает под удар. Космические лучи из более обширной галактики постоянно текут через космос. Здесь, на Земле, эти космические лучи взаимодействуют с атмосферой, создавая гамма-свечение.

Предполагается, что аналогичный процесс происходит и на Солнце. Галактические космические лучи сталкиваются с ядрами солнечной атмосферы в диапазоне гигаэлектронвольт (1 миллиард электронвольт).

Команда считает, что выброс ТэВ, вероятно, является результатом этого взаимодействия. Они также изучили данные о ГэВ, собранные HAWC и космическим гамма-телескопом Fermi LAT НАСА, 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 плохо на Солнце беспорядочные магнитные поля, вполне вероятно, что они играют свою роль. Действительно, в статье, опубликованной ранее в этом году, предполагалось, что солнечные магнитные поля действуют как ускорители электронов космических лучей, производя синхротронное гамма-излучение.

Однако, чтобы точно определить, как это достигается, потребуется провести дополнительное моделирование.

«Модели взаимодействия космических лучей на Солнце… уже недооценивают наблюдаемый поток гамма-излучения от Солнца в диапазоне ГэВ», — пишет коллаборация HAWC. «Наши наблюдения подчеркивают необходимость пересмотренной теории, которая могла бы объяснить аномальный избыток гамма-лучей от Солнца также в ТэВном диапазоне».