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
Рада приняла закон о запуске реформы прокуратуры

Рада приняла закон о запуске реформы прокуратуры

Соответствующее решение поддержали 259 народных депутатов.
США обратились к Путину из-за Крыма

США обратились к Путину из-за Крыма

Америка требует от России пустить ОБСЕ в аннексированный Крым
Ученые обнаружили «подводный НЛО»: видео

Ученые обнаружили «подводный НЛО»: видео

Найти этому объяснения, ученые пока что не могут
Курс доллара опустился до нового минимума с начала года

Курс доллара опустился до нового минимума с начала года

Доллар стоит около 24,60 грн/доллар
В НАСА заявили о росте уровня CO2 в атмосфере Земли

В НАСА заявили о росте уровня CO2 в атмосфере Земли

В атмосфере растет уровень углекислого газа
Как КГБ меняло методы управления по мере усложнения общества в СССР

Как КГБ меняло методы управления по мере усложнения общества в…

В послевоенное время СССР во времена Андропова ввели новый тип работы с творческой интеллигенцией, понимая значение ее воздействия на массовое сознание.
Гончарук рассказал, когда кредиты начнут давать под 11-12%

Гончарук рассказал, когда кредиты начнут давать под 11-12%

Гончарук обещает дешевые кредиты с лета 2020 года.
«Автогражданка» в Украине подорожает

«Автогражданка» в Украине подорожает

В конце сентября подорожает «автогражданка»
МИД Чехии ответил на угрозы РФ из-за памятника Коневу

МИД Чехии ответил на угрозы РФ из-за памятника Коневу

В МИД Чехии напомнили России, что памятник Коневу не является военным захоронением.
Зачем Зеленский пытается переформатировать «олигархический консенсус»?

Зачем Зеленский пытается переформатировать «олигархический консенсус»?

Новая власть не намерена кардинально реформировать украинское государство, а хочет лишь перестроить его фасад.
Медики не советуют мыться каждый день

Медики не советуют мыться каждый день

Современные люди моются слишком часто, утверждают медики.
Необычная зебра-леопард появилась в Кении: видео

Необычная зебра-леопард появилась в Кении: видео

Зебра с пятнами вместо полосок родилась в Кенийском национальном парке
На главу НБУ Смолия завели дело

На главу НБУ Смолия завели дело

На него открыли уголовное производство
Гончарук рассказал, как в Украине будут открывать рынок земли

Гончарук рассказал, как в Украине будут открывать рынок земли

Рынок земли планируют запустить с 1 октября 2020 года.
Кличко просит Раду назначить досрочные выборы в Киеве

Кличко просит Раду назначить досрочные выборы в Киеве

Мэр столицы просит Раду распустить Киевсовет и назначить досрочные выборы в Киеве.
Кандидатуры в новую ЦИК подали все фракции

Кандидатуры в новую ЦИК подали все фракции

Парламентские фракции направили президенту списки кандидатур в ЦИК.
Кабмин разработал план создания независимого оператора ГТС

Кабмин разработал план создания независимого оператора ГТС

Права перейдут оператору ГТС с 1 января 2020 года.
Запад предупредил Украину об уловках Путина на газовых переговорах

Запад предупредил Украину об уловках Путина на газовых переговорах

Зарубежные аналитики считают, что Россия пока не может отказаться от транзита газа через Украину
ВР приняла закон о структуре собственности провайдеров программной услуги за основу

ВР приняла закон о структуре собственности провайдеров программной услуги за…

Проект закона предусматривает внесение изменений в закон "О телевидении и радиовещании".
Суд освободил Ефремова и вернет ему загранпаспорт

Суд освободил Ефремова и вернет ему загранпаспорт

Александра Ефремова освободили из зала суда
Синоптики рассказали, где сегодня пройдут дожди

Синоптики рассказали, где сегодня пройдут дожди

19 сентября небольшие дожди возможны на западе и севере Украины.
Госстат озвучил печальную статистику по населению Украины

Госстат озвучил печальную статистику по населению Украины

Госстат заявил об уменьшении населения Украины
Зеленский выступил против продажи земли иностранцам

Зеленский выступил против продажи земли иностранцам

Президент против того, чтобы землю продавали иностранным гражданам.
Треть смартфонов в Украине покупают в кредит

Треть смартфонов в Украине покупают в кредит

Украинцы на покупку нового мобильного телефона в среднем тратят 4800 гривен
Япония засомневались в подлинности переданных Россией останков пленных

Япония засомневались в подлинности переданных Россией останков пленных

Япония сообщила России о сомнении в подлинности останков японских пленных, погибших во время Второй мировой.
Ученые назвали простой способ предотвращения инфарктов

Ученые назвали простой способ предотвращения инфарктов

Дневной сон снижает риск инфарктов.
Гончарук раскрыл перспективы Института нацпамяти без Вятровича

Гончарук раскрыл перспективы Института нацпамяти без Вятровича

Премьер-министр обещает сохранить ключевые направления работы Института нацпамяти после отставки Вятровича
Сенцов жестко высказался про Донбасс и Крым

Сенцов жестко высказался про Донбасс и Крым

Олег Сенцов не готов обсуждать Донбасс и Крым
«Умные» очки от Facebook заменят смартфоны

«Умные» очки от Facebook заменят смартфоны

Управлять очками можно будет посредством голосовых команд
Верховная Рада сегодня рассмотрит закон о столице

Верховная Рада сегодня рассмотрит закон о столице

19 сентября Рада рассмотрит проект закона о столице.
Читай также