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
3.4т

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
22:58
У экспертов спросили, до какой отметки может упасть гривня до конца года
393
22:29
Комитет Рады поддержал создание реестра банковских счетов и сейфов всех украинцев
380
22:00
Страны ЕС готовятся к возможному сокращению американского контингента - СМИ
403
21:30
Взрывы около Житомира: число пострадавших возросло
478
21:01
В правительстве подсчитали зарплату учителя на ближайшие годы
469
20:32
Начало июля принесет перемены к лучшему для нескольких представителей зодиакального круга
570
20:03
До 10 миллионов беспилотников в год: Украина масштабирует производство дронов, - Умеров
489
19:34
Авиаудары по Ирану отбросили его ядерную программу на два года, - Пентагон
361
19:05
Украину ждут сложности после приостановки поставок оружия из США, - The Economist
434
18:49
Гороскоп на 4 июля: прогноз для каждого знака зодиака
1.2т
18:36
40 тысяч гривен в месяц: Кабмин прогнозирует ускоренный рост средней зарплаты
713
18:07
Рост пенсий: кому подняли выплаты с 1 июля
1.7т
17:38
Для этих знаков зодиака начинается благоприятный период: перед кем откроются новые перспективы
883
17:09
СМИ назвали причину приостановки поставок оружия в Украину
549
16:40
Приостановление поставок оружия Украине стало неожиданностью для союзников США, - Politico
493
16:11
Вражеские "Шахеды" ударили по ТЦК в Полтаве: есть раненые и погибшие
502
15:42
Стоимость доллара и евро: какие курсы в обменниках
479
15:13
Украина потеряла 40% трудоспособного населения, - Минсоцполитики
536
14:44
Названы знаки зодиака, которых в июле ждут перемены и яркие события
1.4т
14:15
Отказ Трампа от поставок оружия Украине демонстрирует слабость Белого дома перед Кремлем, - WSJ
741
13:46
Коммунальные тарифы после войны: какое повышение прогнозирует эксперт
474
13:17
Взрывы вблизи Житомира: движение по трассе Киев-Чоп восстановили
500
12:48
Составлен рейтинг самых продаваемых автомобильных брендов в мире
437
12:19
В Госдепе заявили, что не останавливали все поставки оружия Украине
564
11:50
Астрологи уточнили, какому знаку зодиака повезет 3 июля
679
11:21
Невролог назвал вредную привычку, которая может привести к слабоумию
620
10:52
В США засекретили национальные климатические отчеты
452
10:23
Сегодня в Украине станет жарче, температура значительно подскочит
392
09:54
США отходят в сторону от поддержки Украины, - The New York Times
522
09:31
Гороскоп на 3 июля: прогноз для всех знаков зодиака
828
09:08
Ситуация может стать критической: на сколько Украине хватит запасов американских ракет
534
08:53
Лучший боксер в мире: Гвоздик особенно тепло отозвался об Усике
452
08:32
Этим знакам зодиака стоит быть осторожнее в июле
1.4т
08:13
Жара понемногу приближается: когда первая волна накроет Украину
522
07:47
Цены на бензин в ближайшее время: эксперт поделился прогнозом
631
07:24
У Буданова спросили, есть ли сейчас военная угроза для Днепра
928
22:58
В следующем году начнут появляться новые телефоны с батареями 8000-9000 мАч
1.1т
22:34
Цены на сливочное масло существенно выросли: сколько сейчас стоит продукт
646
Больше новостей

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