Ερευνητές εντόπισαν έναν νέο τύπο εξαιρετικά ενεργειακών σωματιδίων στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Ήλιου, αποκαλύπτοντας ένα φαινόμενο που δεν είχε ανιχνευθεί ποτέ στο παρελθόν.
Ηλιοφυσικοί αναφέρουν ότι εντόπισαν μια σημαντική πηγή των ισχυρών ακτίνων γάμμα που απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια των πιο ακραίων ηλιακών εκρήξεων. Σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύθηκε στο Nature Astronomy, μια ομάδα από το Κέντρο Ηλιακής-Γήινης Έρευνας του NJIT (NJIT-CSTR) εντόπισε μια προηγουμένως μη αναγνωρισμένη ομάδα σωματιδίων υψηλής ενέργειας στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Ήλιου. Αυτά τα σωματίδια φαίνεται να ευθύνονται για μυστηριώδη ίχνη ακτινοβολίας που οι επιστήμονες παρατηρούν κατά τη διάρκεια μεγάλων ηλιακών εκλάμψεων εδώ και πολλά χρόνια.
Οι ερευνητές ιχνηλάτησαν τα σήματα σε μια μικρή, συγκεντρωμένη περιοχή του ηλιακού στέμματος κατά τη διάρκεια μιας ισχυρής έκλαμψης κλάσης X8.2 στις 10 Σεπτεμβρίου 2017. Σε εκείνη την περιοχή, ανίχνευσαν τεράστιους αριθμούς σωματιδίων που έφταναν σε ενέργειες αρκετών εκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ (MeV), υπερβαίνοντας κατά πολύ τα επίπεδα ενέργειας που συνήθως σχετίζονται με τις ηλιακές εκλάμψεις και ταξιδεύοντας με ταχύτητες κοντά σε αυτή του φωτός.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτά τα σωματίδια παράγουν ακτίνες γάμμα μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως bremsstrahlung (ακτινοβολία πέδησης). Σε αυτή τη διαδικασία, ελαφρά φορτισμένα σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, απελευθερώνουν ακτινοβολία υψηλής ενέργειας όταν συγκρούονται με την ύλη στην ατμόσφαιρα του Ήλιου.
Η ερευνητική ομάδα δηλώνει ότι αυτό το εύρημα βοηθά στην επίλυση μακροχρόνιων ερωτημάτων σχετικά με το πώς οι ηλιακές εκλάμψεις παράγουν ακραία ακτινοβολία. Ενδέχεται επίσης να οδηγήσει σε καλύτερα μοντέλα της ηλιακής συμπεριφοράς, γεγονός που θα μπορούσε τελικά να βελτιώσει τις προβλέψεις για τον καιρό στο διάστημα.
«Γνωρίζαμε ότι οι ηλιακές εκλάμψεις παρήγαγαν ένα μοναδικό σήμα ακτίνων γάμμα, αλλά αυτά τα δεδομένα από μόνα τους δεν μπορούσαν να αποκαλύψουν την πηγή του ή τον τρόπο παραγωγής του», δήλωσε ο Gregory Fleishman, καθηγητής φυσικής και ερευνητής στο NJIT-CSTR και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Χωρίς αυτές τις κρίσιμες πληροφορίες, δεν μπορούσαμε να κατανοήσουμε πλήρως τα σωματίδια που ευθύνονται γι’ αυτό ούτε να αξιολογήσουμε τις πιθανές επιπτώσεις στο περιβάλλον του διαστημικού μας καιρού. Συνδυάζοντας παρατηρήσεις ακτίνων γάμμα και μικροκυμάτων από μια ηλιακή έκλαμψη, καταφέραμε επιτέλους να λύσουμε αυτό το παζλ».
Συνδυασμός διαστημικών και επίγειων παρατηρήσεων
Για τον ακριβή εντοπισμό της πηγής της ακτινοβολίας, οι ερευνητές του NJIT συνδύασαν παρατηρήσεις της έκλαμψης του 2017 από δύο συμπληρωματικά όργανα. Αυτά περιλάμβαναν το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Ακτίνων Γάμμα Fermi της NASA και τη Διευρυμένη Διάταξη Ηλιακών Τηλεσκοπίων Owens Valley (EOVSA) του NJIT, ένα προηγμένο σύστημα ραδιοτηλεσκοπίων που βρίσκεται στην Καλιφόρνια.
Το τηλεσκόπιο Fermi κατέγραψε λεπτομερείς μετρήσεις των ακτίνων γάμμα υψηλής ενέργειας που εκπέμφθηκαν κατά τη διάρκεια της έκλαμψης. Την ίδια στιγμή, το EOVSA παρείχε εικόνες μικροκυμάτων που αποκάλυψαν πού ακριβώς κινούνταν τα ενεργειακά σωματίδια μέσα στο ηλιακό στέμμα.
Όταν η ομάδα ανέλυσε τα δύο σύνολα δεδομένων μαζί, εντόπισε μια συγκεκριμένη περιοχή στην ηλιακή ατμόσφαιρα, γνωστή ως Περιοχή Ενδιαφέροντος 3 (ROI 3). Αυτή η περιοχή ξεχώρισε δίπλα σε δύο προηγουμένως εξετασθείσες περιοχές, τις ROI 1 και ROI 2, επειδή εμφάνισε επικαλυπτόμενα σήματα μικροκυμάτων και ακτίνων γάμμα, υποδεικνύοντας την παρουσία ενός ασυνήθιστου πληθυσμού σωματιδίων υψηλής ενέργειας.
Ένας ασυνήθιστος πληθυσμός σωματιδίων
Αυτή η σύγκλιση υπέδειξε έναν μοναδικό πληθυσμό σωματιδίων που ενεργοποιήθηκαν σε επίπεδα MeV (εκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ). «Σε αντίθεση με τα τυπικά ηλεκτρόνια που επιταχύνονται στις ηλιακές εκλάμψεις, των οποίων ο αριθμός συνήθως μειώνεται όσο αυξάνεται η ενέργειά τους, αυτός ο πρόσφατα ανακαλυφθείς πληθυσμός είναι ασυνήθιστος επειδή τα περισσότερα από αυτά τα σωματίδια έχουν πολύ υψηλές ενέργειες, της τάξης των εκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ, με σχετικά λίγα ηλεκτρόνια χαμηλότερης ενέργειας να είναι παρόντα», εξήγησε ο Fleishman.
Χρησιμοποιώντας προηγμένα μοντέλα, η ομάδα συνέδεσε την ενεργειακή κατανομή αυτών των σωματιδίων απευθείας με το παρατηρούμενο φάσμα ακτίνων γάμμα, υποδεικνύοντας την εκπομπή bremsstrahlung (ακτινοβολία πέδησης) —φως υψηλής ενέργειας που συνήθως παράγεται όταν ηλεκτρόνια συγκρούονται με το ηλιακό πλάσμα – λύνοντας το μυστήριο των σημάτων ακτίνων γάμμα.
Συνέπειες για τη Φυσική των Ηλιακών Εκλάμψεων
Ο Fleishman δηλώνει επίσης ότι οι παρατηρήσεις τους εντός της περιοχής ROI 3 – η οποία βρίσκεται κοντά σε περιοχές σημαντικής αποσύνθεσης του μαγνητικού πεδίου και έντονης επιτάχυνσης σωματιδίων – υποστηρίζουν μακροχρόνιες θεωρίες σχετικά με το πώς οι ηλιακές εκλάμψεις επιταχύνουν τα σωματίδια σε ακραίες ενέργειες και τα διατηρούν σε αυτές.
«Βλέπουμε σαφείς αποδείξεις ότι οι ηλιακές εκλάμψεις μπορούν να επιταχύνουν αποτελεσματικά φορτισμένα σωματίδια σε πολύ υψηλές ενέργειες, απελευθερώνοντας αποθηκευμένη μαγνητική ενέργεια. Αυτά τα επιταχυνόμενα σωματίδια εξελίσσονται στη συνέχεια στον πληθυσμό με αιχμή στα MeV που ανακαλύψαμε», δήλωσε ο Fleishman.
Προς το παρόν, ο Fleishman αναφέρει ότι παραμένουν βασικά ερωτήματα σχετικά με αυτούς τους ακραίους πληθυσμούς σωματιδίων. Μελλοντικές γνώσεις από παρατηρήσεις, θα μπορούσαν σύντομα να προέλθουν από τη Διευρυμένη Διάταξη Ηλιακών Τηλεσκοπίων Owens Valley (EOVSA) του NJIT, η οποία αναβαθμίζεται επί του παρόντος σε EOVSA-15.
Αυτό το έργο, υπό την καθοδήγηση του Bin Chen — καθηγητή φυσικής στο NJIT-CSTR, διευθυντή του EOVSA και συν-συγγραφέα της μελέτης — χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF) και θα ενισχύσει τη διάταξη με 15 νέες κεραίες και προηγμένα συστήματα τροφοδοσίας υπερ-ευρείας ζώνης.
«Ένας μεγάλος άγνωστος παράγοντας είναι αν αυτά τα σωματίδια είναι ηλεκτρόνια ή ποζιτρόνια», δήλωσε ο Fleishman. «Η μέτρηση της πόλωσης των εκπομπών μικροκυμάτων από παρόμοια συμβάντα θα μπορούσε να προσφέρει έναν οριστικό τρόπο για να τα ξεχωρίσουμε. Αναμένουμε να αποκτήσουμε αυτή τη δυνατότητα σύντομα με την αναβάθμιση του EOVSA-15».
