Sončni fiziki so po več desetletjih opazovanj intenzivnih izbruhov na Soncu identificirali vir visokoenergijskih gama žarkov, ki spremljajo najmočnejše dogodke na naši najbližji zvezdi. Raziskava, objavljena v znanstveni reviji Nature Astronomy, prvič jasno povezuje specifično populacijo izjemno energijskih delcev v sončni atmosferi z nastankom teh signalov.
Raziskovalci iz Centra za sončno-zemeljske raziskave Tehnološkega inštituta New Jerseyja (NJIT-CSTR) so pojasnili, da gre za prej neprepoznan razred delcev v zgornjih plasteh sončne atmosfere. „Odkrili smo populacijo delcev, ki je odgovorna za dolgotrajne gama signale, ki jih zaznavamo med velikimi sončnimi izbruhi že desetletja,“ so navedli.
Sledi gama sevanja so raziskovalci povezali s silovitim izbruhom razreda X8.2, ki se je zgodil 10. septembra 2017. Analiza je pokazala, da je vir signalov omejeno območje v sončni koroni, kjer so zaznali ogromne količine delcev z energijami več milijonov elektronskih voltov (MeV). Gre za energije, ki so sto- do tisočkrat višje od tistih, značilnih za običajne sončne izbruhe, delci pa se gibljejo skoraj s svetlobno hitrostjo.
Na NJIT-CSTR poudarjajo, da ti delci ob trkih z gostejšimi plastmi sončne atmosfere proizvajajo gama žarke s procesom zavornega sevanja. „Gre za mehanizem, pri katerem lahki nabiti delci, kot so elektroni, ob zaviranju oddajajo visokoenergijsko svetlobo,“ so dodali.
Združevanje podatkov iz vesolja in s tal
Da bi natančno določili izvor signalov, je ekipa združila podatke Nasinega vesoljskega teleskopa Fermi, specializiranega za opazovanje gama žarkov, in radijskega sistema EOVSA (Expanded Owens Valley Solar Array), ki deluje pod okriljem NJIT v Kaliforniji. Fermi je zagotovil meritve visokoenergijskega sevanja, EOVSA pa prostorsko natančne mikrovalovne posnetke pospešenih delcev v sončni koroni.
S primerjavo teh opazovanj so znanstveniki poleg dveh že znanih območij zaznali še tretje, ločeno območje v sončni atmosferi, imenovano ROI 3. Prav tam so se signali mikrovalovnega in gama sevanja jasno prekrivali, kar je po navedbah raziskovalcev kazalo na edinstveno populacijo delcev z energijami v območju MeV.
Nenavadna porazdelitev energije
Glavni avtor študije Gregory Fleishman z NJIT-CSTR je ob tem opozoril, da se nova populacija bistveno razlikuje od doslej znanih. „Za razliko od tipičnih elektronov, pri katerih število z naraščajočo energijo upada, ima ta populacija vrh prav pri zelo visokih energijah, z relativno malo delci nižjih energij,“ je pojasnil.
Z uporabo naprednih modelov so raziskovalci neposredno povezali porazdelitev energije teh delcev z opazovanim spektrom gama žarkov. Po njihovih navedbah to potrjuje, da je zavorno sevanje glavni vir signalov, ki jih zaznavajo ob najmočnejših sončnih izbruhih.
Pomen za razumevanje vesoljskega vremena
Na NJIT-CSTR poudarjajo, da opažanja v območju ROI 3 sovpadajo z regijami močnega razpada magnetnega polja, kjer poteka intenzivno pospeševanje delcev. „To podpira dolgoletne teorije, da se med sončnimi izbruhi sproščena magnetna energija učinkovito pretvarja v kinetično energijo nabitih delcev,“ so navedli.
Po besedah Fleishmana nova dognanja zapolnjujejo pomembne vrzeli v razumevanju fizike sončnih izbruhov in lahko prispevajo k natančnejšim modelom sončne aktivnosti. Ti modeli so ključni za napovedovanje vesoljskega vremena, ki lahko vpliva na satelite, komunikacijske sisteme in električna omrežja na Zemlji.
Odprta vprašanja in prihodnje meritve
Kljub preboju ostajajo odprta vprašanja o sami naravi teh delcev. „Ena največjih neznank je, ali gre za elektrone ali pozitronе,“ je opozoril Fleishman. Dodal je, da bi meritve polarizacije mikrovalovnega sevanja pri podobnih dogodkih lahko omogočile jasno razlikovanje.
Takšne podatke naj bi v prihodnje zagotavljala nadgrajena sončna mreža EOVSA-15, ki jo vodi profesor Bin Chen z NJIT-CSTR. Projekt vključuje dodajanje 15 novih anten in uporabo naprednih ultraširokopasovnih virov signala. „Pričakujemo, da bomo s to nadgradnjo kmalu pridobili zmogljivosti, potrebne za dokončne odgovore,“ so dodali na Tehnološkem inštitutu New Jerseyja.
