|
Обнаружили самый мощный свет, исходящий от Солнца
|
|
|
|
Иногда лучшее место, чтобы спрятать секрет, — средь бела дня. Просто спроси у солнца. «Солнце более удивительно, чем мы думали», — сказал Мехр Ун Ниса, научный сотрудник Мичиганского государственного университета. «Мы думали, что разобрались с этой звездой, но это не так». Низа, которая вскоре присоединится к преподавателям МГУ, является соответствующим автором новой статьи в журнале Physical Review Letters, в которой подробно рассказывается об открытии света с самой высокой энергией, когда-либо наблюдаемого от Солнца. Международная группа исследователей также обнаружила, что этот тип света, известный как гамма-лучи, удивительно яркий. То есть их больше, чем предполагали ученые. Хотя высокоэнергетический свет не достигает поверхности Земли, эти гамма-лучи создают контрольные сигнатуры, которые были обнаружены Нисой и ее коллегами, работающими с Высокогорной водной черенковской обсерваторией, или HAWC.
|
|
|
|
HAWC — важная часть истории. В отличие от других обсерваторий, она работает круглосуточно. «Теперь у нас есть методы наблюдения, которые были невозможны несколько лет назад», — говорит Ниса, работающая на кафедре физики и астрономии Колледжа естественных наук. «В этом конкретном энергетическом режиме другие наземные телескопы не могли смотреть на солнце, потому что они работают только ночью», — сказала она. «Наша работает 24/7». В дополнение к тому, что он работает иначе, чем обычные телескопы, HAWC сильно отличается от обычного телескопа. Вместо трубки со стеклянными линзами HAWC использует сеть из 300 больших резервуаров для воды, каждый из которых наполнен примерно 200 метрическими тоннами воды. Сеть расположена между вершинами двух спящих вулканов в Мексике, на высоте более 13 000 футов над уровнем моря. С этой точки зрения он может наблюдать за последствиями попадания гамма-лучей в атмосферу. 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 меньшей энергией и света. Именно эти частицы и новые частицы, которые они создают на своем пути вниз, HAWC может «видеть». Когда частицы ливня взаимодействуют с водой в резервуарах HAWC, они создают так называемое черенковское излучение, которое можно обнаружить с помощью инструментов обсерватории. Низа и ее коллеги начали собирать данные в 2015 году. В 2021 году команда накопила достаточно данных, чтобы приступить к тщательному изучению солнечных гамма-лучей. «Посмотрев на данные за шесть лет, мы обнаружили этот избыток гамма-лучей», — сказала Низа. «Когда мы впервые увидели это, мы подумали: «Мы определенно все испортили. Солнце не может быть таким ярким при таких энергиях». Солнце испускает много света, охватывающего целый ряд энергий, но некоторые энергии преобладают над другими.
|
|
|
|
Например, благодаря своим ядерным реакциям солнце дает тонну видимого света, то есть света, который мы видим. Эта форма света несет энергию около 1 электрон-вольта, что является удобной единицей измерения в физике. Гамма-лучи, которые наблюдали Низа и ее коллеги, имели около 1 триллиона электрон-вольт, или 1 тераэлектрон-вольт, сокращенно 1 ТэВ. Удивительным был не только этот уровень энергии, но и тот факт, что они видели его так много. В 1990-х годах ученые предсказали, что Солнце может производить гамма-лучи, когда высокоэнергетические космические лучи — частицы, ускоренные космической электростанцией, такой как черная дыра или сверхновая, — сталкиваются с протонами на Солнце. Но, основываясь на том, что было известно о космических лучах и Солнце, исследователи также предположили, что эти гамма-лучи редко достигают Земли. Однако в то время не было прибора, способного обнаруживать такие высокоэнергетические гамма-лучи, и не будет еще какое-то время. Первое наблюдение гамма-лучей с энергией более миллиарда электрон-вольт было сделано с помощью космического гамма-телескопа Ферми НАСА в 2011 году.
|
|
|
|
В течение следующих нескольких лет миссия Ферми показала, что эти лучи не только могут быть очень энергичными, но и что их примерно в семь раз больше, чем первоначально ожидали ученые. И похоже, что гамма-лучи еще более высоких энергий еще предстоит открыть. Когда телескоп отправляется в космос, есть предел тому, насколько большими и мощными могут быть его детекторы. Измерения солнечного гамма-излучения телескопом Ферми составили около 200 миллиардов электрон-вольт. Теоретики во главе с Джоном Бикомом и Анникой Питер, профессорами Университета штата Огайо, призвали HAWC Collaboration взглянуть на это. «Они подтолкнули нас и сказали: «Мы не видим отсечки. Может быть, ты сможешь кое-что увидеть, — сказала Низа. Сотрудничество HAWC включает более 30 организаций в Северной Америке, Европе и Азии, и значительная часть этого сообщества представлена почти 100 авторами новой статьи. Среди них аспирант Мичиганского государственного университета Даниэль Салазар-Галлегос, заслуженный профессор Джеймс Линнеманн и Кирстен Толлефсон, профессор физики и астрономии и заместитель декана Высшей школы МГУ.
|
|
|
|
Теперь, впервые, команда показала, что энергия солнечных лучей простирается в диапазоне ТэВ, почти до 10 ТэВ, который, по-видимому, является максимальным, сказал Ниса. В настоящее время открытие создает больше вопросов, чем ответов. По словам Нисы, учёные-солнечники теперь будут ломать голову над тем, как именно эти гамма-лучи достигают таких высоких энергий и какую роль играют магнитные поля Солнца в этом явлении. Однако когда дело доходит до космоса, это часть волнения. Это говорит нам о том, что что-то было не так, что-то упущено или, возможно, и то, и другое, когда дело доходит до того, как мы понимаем нашу ближайшую и самую дорогую звезду. «Это показывает, что HAWC расширяет наши знания о нашей галактике при самых высоких энергиях, и открывает вопросы о нашем собственном солнце», — сказала Низа. «Это заставляет нас видеть вещи в другом свете. Буквально».
|
|
|
|
Источник
|
