Сонце викидає потужне випромінювання: сила цієї енергії не піддається осмисленню

Зірка по імені “Сонце” крім світлового та інфрачервоного випромінювання є мега – джерелом випромінювання, що перевищує в 100 тисяч разів енергію, що виділяється фотонами світла

Вчені з США та Ізраїлю виявили, що інтенсивність гамма-випромінювання Сонця залежить від його активності і положення джерела на поверхні, що суперечить всім існуючим теоретичним моделям, повідомляє “Хвиля”

Для цього дослідники проаналізували дані космічного гамма-телескопа “Фермі”, зібрані в 2008-2018 роках. Стаття опублікована в Physical Review Letters, коротко про неї повідомляє Physics, препринт роботи викладений на сайті arXiv.org. Розширена версія роботи опублікована в Physical Review D (препринт).

Незважаючи на те, що більша частина випромінювання Сонця припадає на видиму (44 відсотки) і інфрачервону (48 відсотків) області спектра, наша зірка також є яскравим джерелом гамма-променів. Енергія фотонів гамма-випромінювання (гамма-квантів) перевищує 100 кілоелектронвольт, що приблизно в сто тисяч разів більше енергії фотонів видимого світла. В даний час вчені розглядають два принципово різних механізму утворення таких високоенергетичних фотонів. З одного боку, фотони можуть розганятися в сонячному гало за рахунок зворотного комптонівського розсіювання на електронах космічних променів. Цей ефект досить добре вивчений на практиці і в теорії; в той же час, він працює тільки під час сонячних спалахів і не дозволяє отримати енергію понад чотири гігаелектронвольт.

З іншого боку, гамма-кванти можуть народжуватися всередині Сонця, коли розігнані до близькосвітлових швидкостей протони космічних променів врізаються в молекули сонячного газу. Цей процес не прив’язаний до сонячних спалахів і дозволяє отримати фотони c енергіями близько 100 гігаелектронвольт. Втім, вчені до цих пір погано розуміють фізику цього процесу. Єдина теоретична модель, яка пояснює випромінювання гамма-квантів сонячним диском, – модель SSG (Seckel, Stanev & Gaisser), – була розроблена в 1991 році і погано узгоджується з даними спостережень.

У 2014 році група вчених під керівництвом Кенні Нг (Kenny Ng) проаналізувала дані космічного телескопа “Фермі”, котрий спостерігав за Сонцем протягом шести років, і виявила у сонячного гамма-випромінювання кілька властивостей, які не можна пояснити в рамках моделі SSG. По-перше, інтенсивність випромінювання сонячного диска більш ніж в 50 разів перевищувала інтенсивність випромінювання корони (на енергії близько 10 гігаелектронвольт).

По-друге, енергія фотонів досягала 100 гігаелектронвольт. По-третє, інтенсивність гамма-випромінювання виявилася негативно скорельована з сонячною активністю – іншими словами, потік гамма-квантів був максимальний, коли інтенсивність сонячних спалахів і число сонячних плям були мінімальні. Модель SSG пророкує набагато меншу інтенсивність випромінювання, а також не може пояснити сезонні коливання інтенсивності. На жаль, зібраних даних виявилося недостатньо, щоб розробити коректну теорію, а тому вчені продовжили спостереження.

Тепер дослідники представили результати аналогічного аналізу – однак на цей раз спостереження покривали практично весь 11-річний цикл сонячної активності (з 2008 по 2018 рік) і були більш якісними (тобто мали більше просторове і енергетичне дозвіл) за рахунок зміни алгоритму обробки даних. Це дозволило вченим виділити ще кілька особливостей сонячного гамма-випромінювання.

Виявилося, що інтенсивність випромінювання залежить не тільки від фази циклу, але і від положення точки на поверхні Сонця – інакше кажучи, в випромінюванні можна виділити полярну і екваторіальну компоненту, які по-різному змінюються з часом. Полярна компонента практично постійна під час сонячного циклу, а її спектр різко обривається після 100 гігаелектронвольт. У той же час, екваторіальна компонента різко зростає в мінімумах сонячної активності (в даному випадку, в 2009 році) і нехтує мала в інші проміжки часу, а її спектр простягається аж до 200 гігаелектронвольт. Сумарно за весь період спостережень астрономи зареєстрували дев’ять фотонів з енергіями понад 100 гігаелектронвольт – всі вони прийшли з екваторіальних областей, причому вісім з них були випроменені в 2009 році (попередній мінімум) і ще один на початку 2018 роки (початок нового мінімуму). Крім того, 13 грудня 2008 року дослідники зафіксували одне «здвоєний» подія – дві практично одночасні спалаху з енергією більше 100 гігіелектронвольт (спалахи були розділені часовим проміжком близько 3,5 годин). Вчені відзначають, що ці спалахи можуть бути пов’язані з корональні викиди маси, який розпочався 12 грудня.

Зрозуміло, пояснити ці залежності в рамках моделі SSG не можна, оскільки вона передбачає, що інтенсивність випромінювання не залежить від часу і положення точки на поверхні Сонця. Тому вчені розглянули кілька альтернативних моделей – наприклад, фокусування або захоплення космічних променів магнітними полями Сонця – але жодна з них так і не змогла відтворити спостерігаються залежності. Проте, автори статті продовжують спостерігати за Сонцем і сподіваються, що в майбутньому коректна модель все-таки буде розроблена.

З тих пір, як в 2008 році космічний телескоп “Фермі” був запущений на орбіту, він встиг зробити кілька великих відкриттів. Наприклад, в листопаді 2015 року телескоп виявив найпотужніший гамма-пульсар, світність якого в двадцять разів перевищувала світність попереднього рекордсмена. У червні 2016 він зафіксував гамма-сплеск, повна енергія якого еквівалентна масі повної анігіляції речовини Сонця (~ 2,5 × 1054 ерг). У жовтні 2017 «Фермі» вперше в історії зареєстрував гамма-випромінювання, яке прийшло практично одночасно з гравітаційними хвилями від зливаються нейтронних зірок.

Крім того, за допомогою телескопа вченим вдалося побачити спалах на зворотному боці Сонця і показати, що темна матерія не причетна до надлишку гамма-випромінювання, що виходить з центру Чумацького шляху. Детальніше про роботу телескопа “Фермі” можна прочитати в статтях астрофізика Бориса Штерна, приурочених до десятиліття місії.

Оскільки космічні промені поглинаються речовиною Сонця, в околиці зірки їх інтенсивність різко падає – виходить, ніби Сонце відкидає характерну «тінь» в світлі гамма-випромінювання. Вимірюючи, як ця тінь зміщується протягом року, в січні цього року група The Tibet ASγ оцінила величину міжпланетного магнітного поля і показала, що результати спостережень майже в півтора рази розходяться з теорією потенційного магнітного поля. Це вказує на те, що деякі наближення, необхідні для роботи теорії, на практиці не виконуються.

Нагадаємо, нова загроза для планети: в космосі зафіксовано надпотужний вибух, вчені б’ють на сполох.

Як повідомляла Politeka, інопланетяни з Нібіру навідалися до людей: неймовірні кадри, в які складно повірити.

Також Politeka писала, що в Сонячній системі активізувалися вулкани: якою буде доля Землі.