Учёные смогли точно определить источник мощного гамма-излучения, которое Солнце порождает во время крупнейших вспышек, установив, как эти сигналы высокого энергетического диапазона возникают в короне — внешнем слое солнечной атмосферы. Это открытие проливает свет на механизмы ускорения частиц при солнечных выбросах и может помочь улучшить прогнозирование космической погоды, влияющей на спутники и наземные технические системы.
Что такое гамма-лучи и почему они важны
Гамма-лучи — это форма электромагнитного излучения с наибольшей энергией в спектре, превышающая энергию рентгеновских лучей. Излучение в этом диапазоне обычно возникает в экстремальных условиях, где частицы ускоряются до скоростей, близких к скорости света. На Солнце такие условия создаются во время крупных вспышек (solar flares) — мощных высвобождений энергии, сопровождающихся выбросом плазмы и ускорением частиц.
Ещё десятилетия назад астрономы фиксировали гамма-сигналы, связанные с солнечными вспышками, но не могли чётко определить механизм и место их образования в солнечной атмосфере.
Как нашли источник «гамма-фабрики» Солнца
Проблема решилась благодаря анализу данных от гамма-телескопа NASA Fermi Space Telescope в сочетании с микроволновыми наблюдениями солнечной активности, полученными с помощью Expanded Owens Valley Solar Array (EOVSA) — наземного радиотелескопа в Калифорнии.
Ключевым стал мощный всплеск активности, который произошёл 10 сентября 2017 года: событие X-класса (X8.2) — один из самых энергичных из зарегистрированных. Интегрированный анализ гамма- и микроволновых данных позволил локализовать область повышенного ускорения частиц в короне, где и возникают гамма-лучи высокой энергии.
Учёные обнаружили, что гамма-излучение рождается в результате процесса, известного как bremsstrahlung (в переводе с немецкого — «тормозное излучение»): заряженные частицы, ускоренные до высокой энергии, излучают гамма-кванты при торможении или столкновении с веществом солнечной атмосферы.
Новая популяция частиц с экстремальной энергией
Особенность обнаруженной популяции частиц заключается в том, что они отличаются необычно высоким уровнем энергии — порядка миллионов электронвольт (MeV). Это значения, на сотни или тысячи раз превышающие энергию обычных электронов при вспышках. Подобные частицы движутся практически со скоростью света и именно они являются источником гамма-излучения, которое ранее было зафиксировано, но долгое время не имело чёткой привязки к конкретному механизму.
Где именно происходит ускорение
Результаты показывают, что интенсивное ускорение частиц происходит вблизи областей солнечной короны, где магнитное поле быстро изменяется или ослабевает. Такие условия соответствуют давно существующим теоретическим представлениям о том, что энергетические вспышки на Солнце происходят из-за высвобождения магнитной энергии, но ранее прямых подтверждений этому не было.
Это согласуется с общей моделью солнечных вспышек, в которой магнитные рН структуры короны могут резко перестраиваться, высвобождая энергию и ускоряя частицы до экстремальных энергий. Подобные изменения магнитного поля и ускорение частиц — ключевые элементы процессов, которые управляют вспышками и выбросами корональной массы.
Что это даёт на практике
Гамма-излучение — прямой индикатор наиболее энергоёмких проявлений солнечной активности. Понимание его происхождения:
- улучшает модели ускорения частиц при вспышках,
- помогает уточнять физические процессы в короне,
- способствует развитию более точных прогнозов космической погоды, влияющей на работу спутников, навигационных систем и энергосетей на Земле,
- позволяет оценивать риски и подготовку к экстремальным солнечным событиям.
Последние открытия также показывают, что интенсивные гамма-сигналы не являются случайными побочными эффектами, а являются следствием специфического процесса ускорения, присущего самым мощным вспышкам Солнца.
Остающиеся вопросы
Несмотря на успехи, учёные всё ещё не могут точно ответить на один из важных вопросов: какие именно частицы создают этот гамма-сигнал — электроны или их античастицы (позитроны). Это различие важно для понимания того, какие физические процессы доминируют при экстремальном ускорении.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи модернизируют наземные радиотелескопы и добавляют новые антенны, способные измерять поляризацию микроволнового излучения, что даст дополнительную информацию о характере ускоренных частиц.
Заключение
Долгое время механизмы генерации высокоэнергетического гамма-излучения Солнца оставались неизвестными, несмотря на то, что такие сигналы фиксировались десятилетиями. Новые совместные наблюдения телескопа Fermi и массивных радиоинструментов позволили локализовать «гамма-фабрику» в солнечной короне, выявив высокоэнергетические частицы и уточнив процессы их ускорения во время самых мощных вспышек.
Эти результаты углубляют наше понимание физики Солнца и дают критически важные данные для прогноза космической погоды, а также для будущих исследований солнечной активности и её влияния на околоземное пространство и технологическую инфраструктуру.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
