Outoja auringon gammasäteitä löydetty vielä korkeammista energioista

Vuonna 2019 tutkijat ilmoittivat, että jotain näytti olevan poissa auringosta. 10 vuoden havaintojen jälkeen he olivat päätyneet siihen, että auringon korkeaenergiasäteily oli seitsemän kertaa runsaammin kuin odotettiin.

Nyt uusi tutkimus jopa korkeamman energian datan perusteella on terävöittänyt kuvaa. Tutkijat havaitsivat, että auringon gammasäteilyn ylimäärä säilyy korkeammilla energioilla. Sitten se putoaa ylimmistä tutkituista energioista. Kukaan ei pysty täysin selittämään mitä tapahtuu. "Se on ollut vain hauskaa päänraapimista toisensa jälkeen", sanoi Annika Peter, Ohion osavaltion yliopiston astrofyysikko ja viimeisimmän analyysin kirjoittaja.

Äskettäisessä paperissa, joka lähetettiin preprint-palvelimelle arxiv.org ja jota tarkastellaan osoitteessa Fyysisen tarkastelun kirjaimetHigh-Altitude Water Cherenkov (HAWC) Gamma-ray Observatoryn ja yhteistyökumppaneiden tutkijat raportoivat gammasäteilyn runsaudesta, joka säilyy alueella, joka on 10–XNUMX kertaa energisempi kuin mikään aiemmin mitattu auringon gammasäteily.

Täydellinen teoreettinen selvitys auringon gammasäteiden runsaudesta on edelleen utuinen, mutta uudet tulokset tarjoavat hyödyllisiä vihjeitä selityksen kehittämiseen. Erityisesti "katkaisuenergian" löytäminen, jossa aurinko lakkaa säteilemästä gammasäteitä, voisi auttaa paljastamaan auringon magneettikenttien monimutkaisen roolin.

Nämä vuorovaikutukset ovat "perustavan tärkeitä", sanoi Hugh Hudson, tähtitieteilijä Glasgow'n yliopistossa. "HAWC-tiedot tunnustetaan tässä parhaaksi resurssiksi."

Johtava hypoteesi, joka selittää auringon gammasäteilyn ylimäärät, alkaa kosmisista säteistä. Nämä korkeaenergiset hiukkaset, yleensä protonit, laukaisevat supernovat, mustien aukkojen törmäykset ja muut äärimmäiset tapahtumat universumissa. Kun kosmiset säteet lähestyvät aurinkoamme, sen voimakkaat magneettikentät vangitsevat hiukkaset ja ohjaavat ne ulospäin, pois auringosta. Kosmiset säteet törmäävät sitten auringon ilmakehän protonien kanssa tuottaen epävakaita hiukkasia, joita kutsutaan pioneiksi. Kun pionit hajoavat, ne luovat gammasäteitä.

Mutta vain osa näistä gammasäteistä pakenee auringosta ja pääsee ilmaisimiimme. "Siellä on eräänlainen" juuri niin" -tarina gammasäteistä, Peter sanoi. "Kosmisen säteen täytyy päästä tarpeeksi syvälle auringon ilmakehään, jotta sillä on melko hyvät mahdollisuudet vuorovaikutukseen. Mutta sen on oltava kohdassa, jossa gammasäde voi sitten päästä ulos ilman vuorovaikutusta muiden välissä olevien hiukkasten kanssa.

Tutkijoiden mielestä tuon makean paikan kosmiset säteet ovat "peilattu" auringon magneettikentällä. Kosminen säde menee sisään ja kohtaa magneettikenttäviivat, jotka ohjaavat sen uudelleen. Matkalla ulos se törmää protoniin ja tuottaa gammasäteen.

Yksi tapa testata tätä teoriaa on mitata, kuinka gammasäteilysignaali muuttuu ajan myötä. Vuoden 2019 tutkimuksessa tutkijat havaitsivat korrelaation voimakkaimman signaalin ja auringon minimin välillä, eli auringon 11 vuoden syklin vaiheen, jolloin sen magneettikenttäviivojen sotkeutunut verkko on heikoin. Tämä korrelaatio näyttää tukevan teoriaa. Jos nämä laajennetut magneettikentät, jotka voivat ulottua pitkälle aurinkokuntaan, eivät käännä saapuvia kosmisia säteitä, ne voivat päästä hyvin lähelle aurinkoa, jossa voimakkaat magneettikentät pyörittävät hiukkasia viime hetkellä.

Auringon magneettinen veto on kuitenkin vain niin voimakas. Jos äärimmäisen energinen kosminen säde putoaisi auringon läheisyyteen, se voisi mahdollisesti tunkeutua kenttien läpi ilman hiukkasten törmäyksiä.

"Jossain vaiheessa luulisi, että kosmiset säteet ovat liian korkeaenergiaisia, jotta magneettikenttä ei edes vaikuttaisi niihin", sanoi Mehr Un Nisa, astrofyysikko Michigan State Universitystä, joka on osa HAWC-yhteistyötä. Tutkijat näkivät tämän rajana tiedoissa: Tietyn energian yläpuolella gammasäteet katoaisivat tehokkaasti. Minkä tahansa tällaisen rajan ominaisuudet voisivat tarjota vihjeitä gammasäteilyylimäärän ymmärtämiseen paremmin.

Tällaista korkean energian katkaisua etsiessään Nisa, Peter ja heidän työtoverinsa kääntyivät vuonna 2015 valmistuneeseen HAWC-kokeeseen, Meksikon Pueblaan lähellä sijaitsevaan maanpäälliseen observatorioon. Observatorio perustuu satoihin 7.3 metriä leveisiin kohteisiin. vedellä täytettyjä tankkeja leiriytyi tulivuoren juurelle, ja ne peittivät noin neljän jalkapallokentän kokoisen alueen. Kun gammasäteet räjäyttävät Maan ilmakehän läpi, ne luovat toissijaisia ​​hiukkasia, jotka iskevät HAWC:n säiliöiden veteen ja lähettävät äänipuomin sähkömagneettisen vastineen. HAWC luottaa tähän niin kutsuttuun Tšerenkovin säteilyyn rekonstruoidakseen saapuvat gammasäteet.

HAWC:n avulla tiedemiehet onnistuivat tutkimaan gammasäteitä, jotka olivat yli 10 kertaa energisempiä kuin vuoden 2019 tutkimuksessa, joka perustui Fermi Gamma-ray -avaruusteleskoopin tietoihin. Kuten aikaisemmissakin havainnoissa, signaalin voimakkuus oli korkein auringon minimissä. Ja kuten toivottiin, signaalin voimakkuus putosi jyrkästi energian kasvaessa - mikä osoittaa katkaisuvaikutuksen. Tulos tarjoaa tärkeän energia-asteikon, joka auttaa tutkijoita mallintamaan auringon gammasäteilyä, Peter sanoi.

Nisa ja hänen kollegansa eivät osaa sanoa, miksi katkaisu tapahtuu sen energian suhteen. He eivät myöskään voi selittää, miksi odottamattoman runsas signaali jatkuu näillä korkeilla energioilla. "Tällä hetkellä ei ole olemassa malleja, jotka voisivat selittää [tämän]", sanoi Elena Orlando, fyysikko Triesten yliopistosta Italiasta, joka ei ole osa HAWC-yhteistyötä. Signaali pysyy yhtä salaperäisenä kuin ennenkin.

Eikä HAWC tutki aiempien tietojen ehkä hämmentävämpää näkökohtaa: salaperäistä kapeaa gammasäteilysignaalin notkahdusta 1 biljoonan biljoonan hertsin taajuuksilla.

Peter ja hänen kollegansa työskentelevät ongelman parissa kehittäen yksityiskohtaisia ​​simulaatioita auringon magneettikentistä ja niiden ympärillä kiertävien kosmisten hiukkasten monimutkaisesta dynamiikasta.

Gammasäteilymysteerin ratkaisemisen lisäksi tutkijat uskovat, että HAWC-mittaukset voivat johtaa laajempiin näkemyksiin aurinko- ja hiukkasfysiikasta. Korkeaenergiset hiukkaset, jotka tunkeutuvat syvälle auringon ilmakehään, voivat auttaa tutkijoita tutkimaan auringon tutkimatonta aluetta. HAWC on ainutlaatuisen herkkä näille korkeaenergisille hiukkasille, sillä observatorio pystyy mittaamaan gammasäteitä, joiden energia on jopa suurempi kuin Large Hadron Colliderin luomat. "Se antaa meille uuden laboratorion tutkia uutta fysiikkaa", Nisa sanoi.