Forskare upptäcker oöverträffat högenergiljus som kommer från solen

By | August 7, 2023

Space koncept ljusstråle

Forskare från Michigan State University upptäckte det högsta energiljuset, eller gammastrålningen, från solen med hjälp av High-Altitude Water Cherenkov Observatory (HAWC). De förvånansvärt rikliga och ljusa gammastrålarna ställer nya frågor om vår förståelse av solen och dess högenergiprocesser.

Astrofysiker avslöjar att solen strålar ut gammastrålar med högre energier än någonsin tidigare.

  • Gammastrålar förlorar energi i jordens atmosfär, vilket innebär att de inte utgör en oro för livet. Detta gör att de också kan upptäckas av forskare som arbetar med High-Altitude Water Cherenkov Observatory, eller HAWC, som ligger i Mexiko.
  • “Det visar att HAWC ökar vår kunskap om vår galax vid de högsta energierna och öppnar upp frågor om vår egen sol”, säger Mehr Un Nisa, postdoktor vid MSU och motsvarande författare till den nya rapporten.

Ibland är det bästa stället att gömma en hemlighet på fullt dagsljus. Fråga bara solen.

“Solen är mer fantastisk än vi trodde”, säger Mehr Un Nisa, en postdoktorand forskningsassistent vid Michigan State University. “Vi trodde att vi hade upptäckt den här stjärnan, men så är inte fallet.”

Nisa, som snart kommer att ansluta sig till MSU-fakulteten, är motsvarande författare till en ny artikel i tidskriften Det internationella teamet bakom upptäckten upptäckte också att denna typ av ljus, känd som gammastrålar, är förvånansvärt starkt. Det vill säga, det finns mer än vad forskarna tidigare hade förutspått.

Cherenkov vattenobservatorium på hög höjd

Michigan State University är en del av samarbetet som använder High-Altitude Water Cherenkov Observatory i Mexiko för att studera högenergifenomen i vår galax. Kredit: Jordan A. Goodman

Tittar som en HAWC

Även om högenergiljuset inte når jordens yta, skapar dessa gammastrålar talande signaturer som upptäcktes av Nisa och hennes kollegor som arbetar med High-Altitude Water Cherenkov Observatory, eller HAWC.

Finansieras av National Science Foundation och National Council of Humanities Science and Technology, HAWC är en viktig del av historien. Till skillnad från andra observatorier fungerar den 24 timmar om dygnet.

“Vi har nu observationstekniker som inte var möjliga för några år sedan”, säger Nisa, som arbetar på institutionen för fysik och astronomi vid Naturvetenskapliga fakulteten.

“I den specifika maktregimen kunde andra markbaserade teleskop inte titta på solen eftersom de bara fungerar på natten,” sa hon. “Vår är öppen 24 timmar om dygnet, 7 dagar i veckan.”

Mehr Un Nisa

Michigan State University postdoktor Mehr Un Nisa vid High-Altitude Water Cherenkov Observatory. Kredit: Med tillstånd av Mehr Un Nisa

HAWC: en annan typ av teleskop

Förutom att fungera annorlunda än konventionella teleskop ser HAWC väldigt annorlunda ut än det typiska teleskopet.

Istället för ett rör försett med glaslinser använder HAWC ett nätverk av 300 stora vattentankar, var och en fylld med cirka 200 ton vatten. Nätverket ligger inbäddat mellan två vilande vulkantoppar i Mexiko, över 13 000 fot över havet.

Från denna utsiktspunkt kan han observera konsekvenserna av att gammastrålar träffar luften i atmosfären. Dessa kollisioner skapar vad vi kallar luftduschar, som är lite som partikelexplosioner som är omärkliga för blotta ögat.

Energin från den ursprungliga gammastrålningen frigörs och omfördelas mellan nya fragment som består av partiklar med lägre energi och ljus. Det är dessa partiklar – och de nya partiklarna de skapar när de stiger ner – som HAWC kan “se”.

När partiklar från duschen interagerar med vattnet i HAWC:s tankar skapar de det som kallas Cherenkov-strålning, som kan detekteras med observatoriets instrument.

HAWC högenergi gammastrålar från solen

En sammansatt bild visar ett fotografi från High-Altitude Water Cherenkov Observatory i Mexiko som observerar partiklar, vars vägar visas som röda linjer, genererade av högenergiska gammastrålar från solen. Forskare vid Michigan State University var en del av teamet som observerade dessa partiklar och gammastrålar. Kredit: Mehr Un Nisa

banbrytande forskning

Nisa och hennes kollegor började samla in data 2015. År 2021 hade teamet samlat på sig tillräckligt med data för att börja undersöka solens gammastrålar med tillräcklig granskning.

“Efter att ha analyserat sex års data, uppstod detta överskott av gammastrålar,” sa Nisa. “När vi såg det första gången tänkte vi: ‘Vi har definitivt skruvat ihop. Solen kan inte vara så ljus med dessa energier.”

Solen avger mycket ljus som spänner över en rad energier, men vissa energier är rikligare än andra.

Till exempel, genom sina kärnreaktioner ger solen massor av synligt ljus – det vill säga ljuset vi ser. Denna form av ljus bär en energi på cirka 1 elektronvolt, vilket är en användbar måttenhet inom fysiken.

De gammastrålar som Nisa och hennes kollegor observerade var cirka 1 biljon elektronvolt, eller 1 tera elektronvolt, förkortat 1 TeV. Inte bara var denna nivå av energi överraskande, utan det var också det faktum att de såg så mycket.

Överskott av solgammastrålar HAWC

Hur är ett överskott av solgammastrålar för High-Altitude Water Cherenkov Observatory Collaboration, som inkluderar forskare från Michigan State University. Kredit: Med tillstånd från HAWC Collaboration

En historia om upptäckten av gammastrålar

På 1990-talet förutspådde forskare att solen kunde producera gammastrålar när kosmisk strålning med hög energi – partiklar accelererade av ett kosmiskt kraftverk som en

När ett teleskop skjuts upp i rymden finns det en gräns för hur stora och kraftfulla dess detektorer kan vara. Fermi-teleskopets mätningar av solens gammastrålar nådde en topp på cirka 200 miljarder elektronvolt.

HAWC-samarbetet

Teoretiker ledda av John Beacom och Annika Peter, båda professorer vid Ohio State University, uppmuntrade HAWC Collaboration att ta en titt.

“De knuffade till oss och sa: ‘Vi ser inget snitt. Du kanske kan se något”, sa Nisa.

HAWC-samarbetet omfattar mer än 30 institutioner i Nordamerika, Europa och Asien, och en betydande del av det representeras av de nästan 100 författarna till den nya artikeln. Detta inkluderar ytterligare tre spartaner: doktorand Daniel Salazar-Gallegos, professor emeritus James Linnemann och Kirsten Tollefson, professor i fysik och astronomi och biträdande dekanus vid forskarskolan vid MSU.

Nu, för första gången, har teamet visat att energierna från solens strålar sträcker sig in i TeV-området, upp till nästan 10 TeV, vilket verkar vara det maximala, sa Nisa.

För närvarande väcker upptäckten fler frågor än svar. Solforskare kommer nu att klia sig i huvudet över exakt hur dessa gammastrålar når så höga energier och vilken roll solens magnetfält spelar i detta fenomen, sa Nisa.

Men när det kommer till kosmos är det en del av spänningen. Det säger oss att det var något fel, saknades eller kanske både och när det kommer till hur vi förstår vår närmaste och käraste stjärna.

“Detta visar att HAWC ökar vår kunskap om vår galax vid högre energier och öppnar upp frågor om vår egen sol”, sa Nisa. “Det får oss att se saker i ett annat ljus. Bokstavligen.”

Referens: “Upptäckt av gammastrålar från den stilla solen med HAWC” av A. Albert et al. (Collaboration HAWC), 3 augusti 2023, fysiska granskningsbrev.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.051201

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *