Вчені виявили світло з найвищою енергією, що виходить від Сонця

Іноді найкраще місце, щоб сховати таємницю, – серед білого дня. Просто запитайте сонце.

«Сонце дивує більше, ніж ми думали», — сказав Мехр Ун Ніса, науковий співробітник Мічиганського державного університету. «Ми думали, що розгадали цю зірку, але це не так».

Ніза, яка незабаром приєднається до викладачів МДУ, є відповідним автором нової статті в журналі Physical Review Letters , в якій детально описано відкриття найвищого енергетичного світла, яке коли-небудь спостерігалося від Сонця.

Міжнародна група дослідників також виявила, що цей тип світла, відомий як гамма-промені, є напрочуд яскравим. Тобто його більше, ніж передбачали вчені раніше.

Дивитися як HAWC

Хоча високоенергетичне світло не досягає поверхні Землі, ці гамма-промені створюють характерні ознаки, які були виявлені Нізою та її колегами, які працюють з High-Altitude Water Cherenkov Observatory (HAWC). HAWC є важливою частиною історії. На відміну від інших обсерваторій, вона працює цілодобово.

«Тепер у нас є методи спостереження, які були неможливі кілька років тому», — сказала Ніза, яка працює на факультеті фізики та астрономії в Коледжі природничих наук. «У цьому конкретному енергетичному режимі інші наземні телескопи не могли дивитися на сонце, оскільки вони працюють лише вночі», — сказала вона. «Наш працює 24/7».

Окрім того, що HAWC працює не так, як звичайні телескопи, зовнішній вигляд значно відрізняється від звичайного телескопа. Замість труби, оснащеної скляними лінзами, HAWC використовує мережу з 300 великих резервуарів для води, кожен з яких наповнений приблизно 200 метричними тоннами води. Мережа розташована між двома сплячими вершинами вулканів у Мексиці на висоті понад 13 000 футів над рівнем моря.

З цієї точки зору він може спостерігати за наслідками гамма-променів, що вражають повітря в атмосфері. Такі зіткнення створюють так звані повітряні зливи, які трохи схожі на вибухи частинок, які непомітні неозброєним оком.

Енергія вихідного гамма-випромінювання вивільняється та перерозподіляється між новими фрагментами, що складаються з частинок нижчої енергії та світла. Саме ці частинки — і нові частинки, які вони створюють на своєму шляху вниз — може «бачити» HAWC.

Коли частинки зливу взаємодіють з водою в резервуарах HAWC, вони створюють так зване випромінювання Черенкова, яке можна виявити за допомогою приладів обсерваторії. Ніза та її колеги почали збирати дані в 2015 році. У 2021 році команда зібрала достатньо даних, щоб почати досліджувати гамма-промені Сонця з достатньою ретельністю.

«Після перегляду даних за шість років ми виявили надлишок гамма-випромінювання», — сказала Ніса. «Коли ми вперше це побачили, ми подумали: «Ми точно зіпсували це. Сонце не може бути таким яскравим за таких енергій».

Створення історії

Сонце випромінює багато світла, що охоплює діапазон енергій, але деякі енергії є більш рясними, ніж інші. Наприклад, завдяки ядерним реакціям сонце випромінює тонну видимого світла, тобто того світла, яке ми бачимо. Ця форма світла несе енергію приблизно в 1 електрон-вольт, що є зручною одиницею вимірювання у фізиці.

Гамма-промені, які Ніза та її колеги спостерігали, мали близько 1 трильйона електронвольт, або 1 тераелектронвольт, скорочено 1 ТеВ. Не тільки цей рівень енергії був несподіваним, але й той факт, що вони бачили так багато цього.

У 1990-х роках вчені передбачили, що Сонце може виробляти гамма-промені, коли космічні промені високої енергії — частинки, що прискорюються космічною електростанцією, такою як чорна діра або наднова, — розбиваються протони на Сонці. Але, ґрунтуючись на тому, що було відомо про космічні промені та Сонце, дослідники також припустили, що ці гамма-промені досягають Землі рідко.

Однак у той час не було приладу, здатного виявляти гамма-випромінювання такої високої енергії, і деякий час його не буде. Перше спостереження гамма-променів з енергією понад мільярд електронвольт відбулося за допомогою гамма-телескопа NASA Fermi у 2011 році.

Протягом наступних кількох років місія Фермі показала, що ці промені не тільки можуть бути дуже енергійними, а й що їх приблизно в сім разів більше, ніж спочатку очікували вчені. І здавалося, що залишилося виявити гамма-промені ще вищих енергій.

Коли телескоп запускається в космос, його детектори можуть бути обмежені. Вимірювання гамма-променів Сонця телескопом Fermi досягло приблизно 200 мільярдів електронвольт. Теоретики на чолі з Джоном Бікомом і Аннікою Пітер, професорами Університету штату Огайо, заохочували HAWC Collaboration поглянути.

«Вони підштовхнули нас і сказали: «Ми не бачимо відсікання». Можливо, ти зможеш щось побачити, — сказала Ніза.

Співпраця HAWC включає понад 30 установ у Північній Америці, Європі та Азії, і значна частина з них представлена ​​майже 100 авторами нової статті. Це включає аспіранта Університету штату Мічиган Даніель Салазар-Галлегос, почесного професора Джеймса Ліннеманна та Кірстен Толлефсон, професора фізики та астрономії та заступника декана Вищої школи МДУ.

Зараз, вперше, команда показала, що енергія сонячних променів поширюється на діапазон ТеВ майже до 10 ТеВ, що справді є максимальним, сказав Ніса. Наразі відкриття створює більше питань, ніж відповідей. Сонячні вчені тепер почують голову над тим, як саме ці гамма-промені досягають таких високих енергій і яку роль у цьому явищі відіграють магнітні поля Сонця, сказала Ніса.

Однак, коли справа доходить до космосу, це є частиною хвилювання. Це говорить нам про те, що було щось не так, бракувало або, можливо, і те й інше, коли справа доходить до того, як ми розуміємо нашу найближчу та найдорожчу зірку.

«Це показує, що HAWC доповнює наші знання про нашу галактику з найвищими енергіями, і це відкриває питання про наше власне сонце», — сказала Ніса. «Це змушує нас дивитися на речі в іншому світлі. Буквально». Джерело