Солнечный сюрприз: ученые обнаружили беспрецедентный максимум

Мэтт Дэвенпорт, Университет штата Мичиган, 7 августа 2023 г.

Исследователи из Мичиганского государственного университета обнаружили свет самой высокой энергии, или гамма-лучи, исходящие от Солнца, с помощью Высотной водной Черенковской обсерватории (HAWC). Удивительно обильные и яркие гамма-лучи ставят новые вопросы о нашем понимании Солнца и его высокоэнергетических процессов.

Иногда лучшее место, чтобы скрыть секрет, — средь бела дня. Просто спросите солнце.

«Солнце более удивительно, чем мы думали», — сказал Мехр Ун Ниса, научный сотрудник Мичиганского государственного университета. «Мы думали, что разгадали эту звезду, но это не так».

Nisa, who will soon be joining MSU’s faculty, is the corresponding author of a new paper in the journal Physical Review LettersPhysical Review Letters (PRL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Physical Society. It is one of the most prestigious and influential journals in physics, with a high impact factor and a reputation for publishing groundbreaking research in all areas of physics, from particle physics to condensed matter physics and beyond. PRL is known for its rigorous standards and short article format, with a maximum length of four pages, making it an important venue for rapid communication of new findings and ideas in the physics community." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Письма Physical Review Letters, в которых подробно описано открытие света самой высокой энергии, когда-либо наблюдавшегося от Солнца.

Международная команда, стоящая за открытием, также обнаружила, что этот тип света, известный как гамма-лучи, удивительно ярок. То есть его больше, чем предполагали ученые ранее.

Мичиганский государственный университет входит в коллаборацию, использующую Высотную водную Черенковскую обсерваторию в Мексике для изучения высокоэнергетических явлений в нашей галактике. Фото: Джордан А. Гудман.

Хотя высокоэнергетический свет не достигает поверхности Земли, эти гамма-лучи создают характерные сигнатуры, которые были обнаружены Нисой и ее коллегами, работающими с Высотной водной Черенковской обсерваторией (HAWC).

HAWC, финансируемый Национальным научным фондом и Национальным советом гуманитарных наук и технологий, является важной частью этой истории. В отличие от других обсерваторий, она работает круглосуточно.

«Теперь у нас есть методы наблюдения, которые были невозможны несколько лет назад», — сказала Ниса, работающая на факультете физики и астрономии Колледжа естественных наук.

«В этом конкретном энергетическом режиме другие наземные телескопы не могут смотреть на Солнце, потому что они работают только ночью», — сказала она. «Наш работает круглосуточно».

Постдокторант Мичиганского государственного университета Мехр Ун Ниса в Высотной водной Черенковской обсерватории. Фото: предоставлено Mehr Un Nisa.

Помимо того, что HAWC работает иначе, чем обычные телескопы, он сильно отличается от обычного телескопа.

Вместо трубки со стеклянными линзами HAWC использует сеть из 300 больших резервуаров для воды, каждый из которых заполнен примерно 200 метрическими тоннами воды. Сеть расположена между двумя вершинами спящих вулканов в Мексике, на высоте более 13 000 футов над уровнем моря.

С этой точки зрения он может наблюдать последствия воздействия гамма-лучей на воздух в атмосфере. Такие столкновения создают так называемые воздушные ливни, которые чем-то напоминают взрывы частиц, незаметные невооруженным глазом.

Энергия исходного гамма-излучения высвобождается и перераспределяется между новыми фрагментами, состоящими из частиц с более низкой энергией и света. Именно эти частицы – и новые частицы, которые они создают на своем пути вниз – могут «видеть» HAWC.

Когда частицы дождя взаимодействуют с водой в резервуарах HAWC, они создают так называемое черенковское излучение, которое можно обнаружить с помощью инструментов обсерватории.

На составном изображении представлена фотография Высотной водной Черенковской обсерватории в Мексике, где наблюдаются частицы, пути которых показаны красными линиями, генерируемые высокоэнергетическими гамма-лучами Солнца. Исследователи Мичиганского государственного университета были частью команды, которая наблюдала эти частицы и гамма-лучи. Фото: Мехр Ун Ниса

In the 1990s, scientists predicted that the sun could produce gamma rays when high-energy cosmic rays — particles accelerated by a cosmic powerhouse like a black holeA black hole is a place in space where the gravitational field is so strong that not even light can escape it. Astronomers classify black holes into three categories by size: miniature, stellar, and supermassive black holes. Miniature black holes could have a mass smaller than our Sun and supermassive black holes could have a mass equivalent to billions of our Sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"black hole or supernova — smash into protons in the sun. But, based on what was known about cosmic rays and the sun, the researchers also hypothesized it would be rare to see these gamma rays reach Earth./p>

At the time, though, there wasn’t an instrument capable of detecting such high-energy gamma rays and there wouldn’t be for a while. The first observation of gamma rays with energies of more than a billion electron volts came from NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope in 2011./p>