Гамма-излучение Солнца поразило астрономов

Гамма-излучение Солнца поразило астрономов

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

Подписывайтесь на канал «Хвилі» в Telegram, страницу «Хвилі» в Facebook.

Последние новости
Друзья Януковича не получат компенсации от Украины из-за люстрации

Друзья Януковича не получат компенсации от Украины из-за люстрации

Решение было обжаловано 16 января 2020 года
В МОН разъяснили изменения в школьном образовании

В МОН разъяснили изменения в школьном образовании

Закон «Об общем среднем образовании» вносит значимые изменения в школьную систему
МВФ напомнил Украине условия для получения нового транша

МВФ напомнил Украине условия для получения нового транша

Программу поддержки для Украины должен утвердить совет директоров МВФ
Ученые обнаружили древнюю колесницу кельтов

Ученые обнаружили древнюю колесницу кельтов

В колеснице были найдены останки людей и запряженная пони
В Ливане жестко разгоняют протестующих, есть пострадавшие: фото и видео

В Ливане жестко разгоняют протестующих, есть пострадавшие: фото и видео

Мирные протесты переросли в массовые беспорядки
Зеленский угодил в «ловушку Януковича» в игре с Путиным, — Пионтковский

Зеленский угодил в «ловушку Януковича» в игре с Путиным, -…

Андрей Пионтковский объяснил цель поездки Владимира Зеленского в Оман
Раскрыты новые детали путешествия Зеленского в Оман

Раскрыты новые детали путешествия Зеленского в Оман

Журналист раскрыл подробности отдыха Зеленского в Омане
Путин резко отреагировал на резолюцию Европарламента по СССР

Путин резко отреагировал на резолюцию Европарламента по СССР

В России будет создан архив, в котором будут хранится все документы касающиеся Второй мировой войны
Полякова рассказала о домогательствах министра времен Януковича

Полякова рассказала о домогательствах министра времен Януковича

Имя чиновника певица не раскрыла, но о ситуации рассказала подробно
Защита вечных семейных ценностей в Верховной Раде — это абсурд, — Романенко

Защита вечных семейных ценностей в Верховной Раде — это абсурд,…

Политолог заявил, что появление в Раде депутатов, защищающих вечные ценности, показывает отсталость страны
Зарплаты министров ошарашили украинцев: Аваков обогнал Гончарука

Зарплаты министров ошарашили украинцев: Аваков обогнал Гончарука

Полный список министров и их зарплат
Найем назвал Коломойского проблемой Зеленского

Найем назвал Коломойского проблемой Зеленского

Мустафа Найем рассказал, как именно Коломойский влияет на Зеленского
Зеленский сделал маленький шажок Украины к субъектности

Зеленский сделал маленький шажок Украины к субъектности

Государственная система в Украине множится на ноль и трагичная эпопея с украинским Боингом в Иране стала ярким тому свидетельством.
Киевлян призвали воздержаться от езды на личных авто из-за смога

Киевлян призвали воздержаться от езды на личных авто из-за смога

Жителям столицы предлагают временно воспользоваться общественным транспортом
Украинцам рассказали, сколько будет выходных в феврале

Украинцам рассказали, сколько будет выходных в феврале

Стало известно количество выходных дней в Украине в следующем месяце
У Порошенко озвучили условия для явки на допрос ГБР

У Порошенко озвучили условия для явки на допрос ГБР

В политсиле обвинили ГБР в незаконной слежке за Порошенко
Раскрыт план Путина по вечному правлению Россией

Раскрыт план Путина по вечному правлению Россией

Президент России Владимир Путин останется во власти и после 2024 года
Украинцам придется дорого заплатить за номерные знаки по новым стандартам

Украинцам придется дорого заплатить за номерные знаки по новым стандартам

Новая инициатива должна быть рассмотрена Кабмином
Тимошенко призвала сменить власть, включая Зеленского

Тимошенко призвала сменить власть, включая Зеленского

Юлия Тимошенко рассказала, кого нужно срочно убрать
Береза рассказал, когда Зеленский уволит Гончарука

Береза рассказал, когда Зеленский уволит Гончарука

Экс-нардеп заявил, что в ближайшее время премьера Алексея Гончарука в отставку не отправят
Трамп ответил на новые угрозы верховного лидера Ирана

Трамп ответил на новые угрозы верховного лидера Ирана

Верховный лидер Ирана аятолла Али Хаменеи выступил с критикой в отношении США, чем вызвал резкую реакцию Дональда Трампа.
Милованов объяснил порядок начисления заоблачных премий министрам

Милованов объяснил порядок начисления заоблачных премий министрам

Такая простая формула и никаких ограничений
Украинцам показали «космические» зарплаты помощников нардепов

Украинцам показали «космические» зарплаты помощников нардепов

Выяснилось, что помощники некоторых депутатов также заработали более 100 тыс. грн. за декабрь
Береза назвал истинную причину отставки Гончарука

Береза назвал истинную причину отставки Гончарука

Береза заявил, что причиной отставки Гончарука стал непрофессионализм новой власти
Смелянский пристыдил Тимошенко за слова о зарплатах в «Укрпочте»

Смелянский пристыдил Тимошенко за слова о зарплатах в «Укрпочте»

Смелянский отреагировал на слова лидера "Батьківщини" о его окладе в "Укрпочте"
Зеленский получил необычный подарок от детей украинского «Нью-Йорка»

Зеленский получил необычный подарок от детей украинского «Нью-Йорка»

Президент отметил важность того, что дети знают о неделимости Украины
МВФ заговорил о Великой депрессии в мировой экономике

МВФ заговорил о Великой депрессии в мировой экономике

Разрыв в неравенстве между странами за последние 20 лет значительно сокращался, внутри стран имущественные расхождения, наоборот, росли
Иран согласился передать Украине черные ящики со сбитого Боинга МАУ

Иран согласился передать Украине черные ящики со сбитого Боинга МАУ

Бортовые самописцы передадут авиакомпании МАУ до конца января
Усика на Lexus остановила полиция: видео

Усика на Lexus остановила полиция: видео

Ситуация произошла в Киеве
У Путина возмущены «двойной дискриминацией» русского языка в Украине

У Путина возмущены «двойной дискриминацией» русского языка в Украине

МИД РФ заявил о "двойной дискриминации" русского языка
Читай также
Последние новости

Друзья Януковича не получат компенсации от Украины из-за…

В МОН разъяснили изменения в школьном образовании

МВФ напомнил Украине условия для получения нового транша

Ученые обнаружили древнюю колесницу кельтов

В Ливане жестко разгоняют протестующих, есть пострадавшие: фото…

Зеленский угодил в «ловушку Януковича» в игре с…

Раскрыты новые детали путешествия Зеленского в Оман

Путин резко отреагировал на резолюцию Европарламента по СССР

Полякова рассказала о домогательствах министра времен Януковича

Защита вечных семейных ценностей в Верховной Раде -…

Зарплаты министров ошарашили украинцев: Аваков обогнал Гончарука

Найем назвал Коломойского проблемой Зеленского

Зеленский сделал маленький шажок Украины к субъектности

Киевлян призвали воздержаться от езды на личных авто…

Украинцам рассказали, сколько будет выходных в феврале