Гамма-излучение Солнца поразило астрономов

28-09-2018, 19:53 / Автор: Ілько Северин
/
Читати українською
Гамма-излучение Солнца поразило астрономов
Сила этой энергии не поддается осмыслению
3.5т

Ученые из США и Израиля обнаружили, что интенсивность гамма-излучения Солнца зависит от его активности и положения источника на поверхности, что противоречит всем существующим теоретическим моделям.

Для этого исследователи проанализировали данные космического гамма-телескопа «Ферми», собранные в 2008–2018 годах. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org. Расширенная версия работы опубликована в Physical Review D (препринт).

Несмотря на то, что бо́льшая часть излучения Солнца приходится на видимую (44 процента) и инфракрасную (48 процентов) области спектра, наша звезда также является ярким источником гамма-лучей. Энергия фотонов гамма-излучения (гамма-квантов) превышает 100 килоэлектронвольт, что примерно в сто тысяч раз больше энергии фотонов видимого света. В настоящее время ученые рассматривают два принципиально разных механизма образования таких высокоэнергетических фотонов. С одной стороны, фотоны могут разгоняться в солнечном гало за счет обратного комптоновского рассеяния на электронах космических лучей. Этот эффект довольно хорошо изучен на практике и в теории; в то же время, он работает только во время солнечных вспышек и не позволяет получить энергию более четырех гигаэлектронвольт.

С другой стороны, гамма-кванты могут рождаться внутри Солнца, когда разогнанные до околосветовых скоростей протоны космических лучей врезаются в молекулы солнечного газа. Этот процесс не привязан к солнечным вспышкам и позволяет получить фотоны c энергиями порядка 100 гигаэлектронвольт. Впрочем, ученые до сих пор плохо понимают физику этого процесса. Единственная теоретическая модель, которая объясняет излучение гамма-квантов солнечным диском, — модель SSG (Seckel, Stanev & Gaisser), — была разработана в 1991 году и плохо согласуется с данными наблюдений.

В 2014 году группа ученых под руководством Кенни Нг (Kenny Ng) проанализировала данные космического телескопа «Ферми», наблюдавшего за Солнцем в течение шести лет, и обнаружила у солнечного гамма-излучения несколько свойств, которые нельзя объяснить в рамках модели SSG. Во-первых, интенсивность излучения солнечного диска более чем в 50 раз превышала интенсивность излучения короны (на энергии порядка 10 гигаэлектронвольт).

Во-вторых, энергия фотонов достигала 100 гигаэлектронвольт. В-третьих, интенсивность гамма-излучения оказалась отрицательно скоррелирована с солнечной активностью — другими словами, поток гамма-квантов был максимален, когда интенсивность солнечных вспышек и число солнечных пятен были минимальны. Модель SSG предсказывает гораздо меньшую интенсивность излучения, а также не может объяснить сезонные колебания интенсивности. К сожалению, собранных данных оказалось недостаточно, чтобы разработать корректную теорию, а потому ученые продолжили наблюдения.

Теперь исследователи представили результаты аналогичного анализа — однако на этот раз наблюдения покрывали практически весь 11-летний цикл солнечной активности (с 2008 по 2018 год) и были более качественными (то есть имели большее пространственное и энергетическое разрешение) за счет изменения алгоритма обработки данных. Это позволило ученым выделить еще несколько особенностей солнечного гамма-излучения.

Оказалось, что интенсивность излучения зависит не только от фазы цикла, но и от положения точки на поверхности Солнца — иначе говоря, в излучении можно выделить полярную и экваториальную компоненту, которые по-разному изменяются со временем. Полярная компонента практически постоянна в ходе солнечного цикла, а ее спектр резко обрывается после 100 гигаэлектронвольт. В то же время, экваториальная компонента резко возрастает в минимумах солнечной активности (в данном случае, в 2009 году) и пренебрежимо мала в остальные промежутки времени, а ее спектр простирается вплоть до 200 гигаэлектронвольт. Суммарно за весь период наблюдений астрономы зарегистрировали девять фотонов с энергиями более 100 гигаэлектронвольт — все они пришли из экваториальных областей, причем восемь из них были излучены в 2009 году (предыдущий минимум) и еще один в начале 2018 года (начало нового минимума). Кроме того, 13 декабря 2008 года исследователи зафиксировали одно «сдвоенное» событие — две практически одновременные вспышки с энергией более 100 гигиэлектронвольт (вспышки были разделены временны́м промежутком около 3,5 часов). Ученые отмечают, что эти вспышки могут быть связаны с корональным выбросом массы, который начался 12 декабря.

Разумеется, объяснить эти зависимости в рамках модели SSG нельзя, поскольку она предсказывает, что интенсивность излучения не зависит от времени и положения точки на поверхности Солнца. Поэтому ученые рассмотрели несколько альтернативных моделей — например, фокусировку или захват космических лучей магнитными полями Солнца — но ни одна из них так и не смогла воспроизвести наблюдаемые зависимости. Тем не менее, авторы статьи продолжают наблюдать за Солнцем и надеются, что в будущем корректная модель все-таки будет разработана.

С тех пор, как в 2008 году космический телескоп «Ферми» был запущен на орбиту, он успел сделать несколько крупных открытий. Например, в ноябре 2015 года телескоп обнаружил самый мощный гамма-пульсар, светимость которого в двадцать раз превышала светимость предыдущего рекордсмена. В июне 2016 он зафиксировал гамма-всплеск, полная энергия которого эквивалентна массе полной аннигиляции вещества Солнца (~2,5×1054 эрг). В октябре 2017 «Ферми» впервые в истории зарегистрировал гамма-излучение, пришедшее практически одновременно с гравитационными волнами от сливающихся нейтронных звезд.

Кроме того, с помощью телескопа ученым удалось увидеть вспышку на обратной стороне Солнца и показать, что темная материя не причастна к избытку гамма-излучения, исходящего из центра Млечного пути. Подробнее про работу телескопа «Ферми» можно прочитать в статьях астрофизика Бориса Штерна, приуроченных к десятилетию миссии.

Поскольку космические лучи поглощаются веществом Солнца, в окрестности звезды их интенсивность резко падает — получается, будто Солнце отбрасывает характерную «тень» в свете гамма-излучения. Измеряя, как эта тень смещается в течение года, в январе этого года группа The Tibet ASγ оценила величину межпланетного магнитного поля и показала, что результаты наблюдений почти в полтора раза расходятся с теорией потенциального магнитного поля. Это указывает на то, что некоторые приближения, необходимые для работы теории, на практике не выполняются.

Источник: N+1


Почему вы можете доверять vesti-ua.net →

Читайте vesti-ua.net в Google News

Коли, на вашу думку, можливе закінчення війни в Україні?
Последние новости
12:18
Си Цзиньпин верит в судьбу: Sky News пишет, почему это плохая новость для Украины и Запада
113
12:03
Трамп объяснил, кто должен гарантировать безопасность Украине
148
11:57
В ПриватБанке случился масштабный сбой: важные сервисы были недоступны
117
11:29
Может ли война закончиться в 2026 году: ответ ГУР
121
11:11
Время перерождаться: некоторых Зодиаков ждут судьбоносные изменения
433
10:57
Ожидаются грозовые дожди и жара: прогноз на 6 сентября
214
10:41
Фицо объяснил Зеленскому свою антиукраинскую политику
464
10:18
Трамп сделал новое заявление о войне в Украине
732
10:01
В плену РФ находятся более 2,5 тысячи украинских военных — уполномоченный по вопросам пропавших без вести
227
09:58
Зеленский предложил Путину новый город для встречи
350
09:33
Первые ракеты ERAM поступят из США в октябре, - СМИ
263
09:09
Украина впервые вернула из-за границы выведенные коррупционерами деньги, - НАБУ
387
08:58
Китай придумал, как наказать Евросоюз за пошлины на электромобили
483
08:33
Малюк раскрыл, куда россияне спрятали свои самолеты после операции "Паутина"
566
08:14
Датчан призвали подумать о переходе на евро
250
22:57
Словакия поддерживает вступление Украины в ЕС, это очень весомо, - Зеленский
499
22:43
Работник ТЦК получил ножевые ранения во время проверки документов: что произошло
22:19
Делегация ЕС отправляется в США для работы над санкциями против России, - Кошта
451
22:03
"Терпеть в темноте не будем": Зеленский отреагировал на план энергоблокады от Путина
783
21:58
«Эти страшилки уже давно девальвированы», - в МИД ответили на очередные угрозы Кремля
436
21:33
"Мы не повторяемся", - Малюк намекнул про сюрпризы оккупантам от СБУ
962
21:14
«Испытания были положительные», - Зеленский об украинском дальнобойном оружии
513
20:56
Россия на грани рецессии, но Путин продолжает "ломать комедию", - Bloomberg
1.2т
20:41
Китай продолжает блокировать российские платежи: Путину не удалось уговорить Си Цзиньпиня
690
20:18
Солдаты иностранного контингента в Украине: Зеленский сделал важное заявление
542
20:01
Трамп: Россия и Индия стали частью "темной Китайской империи"
497
19:54
Гороскоп на 6 сентября: прогноз для каждого знака зодиака
1.1т
19:35
В Польше жестоко избили группу украинцев из-за их национальности
2.5т
19:16
Первые осенние выходные: какую погоду обещают синоптики
393
18:57
Повышение зарплат учителям не запланировано, - министр образования
708
18:38
Эти три знака зодиака находятся в периоде сильных трансформаций: кого ждут невероятные перемены
1.3т
18:19
Саммит "коалиции решительных" в Париже: Трамп пока воздержался от санкций против РФ, - WSJ
432
18:00
Названы модели электромобилей, которые предпочитают покупать украинцы
456
17:41
Погода на выходных: что прогнозируют синоптики на ближайшие дни
412
17:22
Цены на квартиры в Киеве снова выросли: сколько стоит "квадрат"
550
17:03
Гороскоп на сентябрь обещает судьбоносные перемены этим знакам зодиака
1.4т
16:44
Цены на мясо и растительные масла достигли многолетних максимумов - ФАО
524
16:25
Рынок труда в Украине: зарплатные предложения выросли, но дефицит работников сохраняется
444
Больше новостей

Продолжая просматривать vesti-ua.net Вы подтверждаете, что ознакомились с Политикой конфиденциальности и согласны с использованием файлов cookie