Ученые МГУ помогают открыть высочайшее

Мичиганский государственный университет

ИСТ-ЛАНСИНГ, Мичиган – Иногда лучшее место, чтобы скрыть секрет, – средь бела дня. Просто спросите солнце.

«Солнце более удивительно, чем мы думали», — сказал Мехр Ун Ниса, научный сотрудник Мичиганского государственного университета. «Мы думали, что разгадали эту звезду, но это не так».

Ниса, которая вскоре присоединится к профессорско-преподавательскому составу МГУ, является автором новой статьи в журнале Physical Review Letters, в которой подробно описывается открытие света самой высокой энергии, когда-либо наблюдавшегося от Солнца.

Международная команда, стоящая за открытием, также обнаружила, что этот тип света, известный как гамма-лучи, удивительно ярок. То есть его больше, чем предполагали ученые ранее.

Смотрю как HAWC

Хотя высокоэнергетический свет не достигает поверхности Земли, эти гамма-лучи создают характерные сигнатуры, которые были обнаружены Нисой и ее коллегами, работающими с Высотной водной Черенковской обсерваторией (HAWC).

HAWC, финансируемый Национальным научным фондом и Национальным советом гуманитарных наук и технологий, является важной частью этой истории. В отличие от других обсерваторий, она работает круглосуточно.

«Теперь у нас есть методы наблюдения, которые были невозможны несколько лет назад», — сказала Ниса, работающая на факультете физики и астрономии Колледжа естественных наук.

«В этом конкретном энергетическом режиме другие наземные телескопы не могут смотреть на Солнце, потому что они работают только ночью», — сказала она. «Наш работает круглосуточно».

Помимо того, что HAWC работает иначе, чем обычные телескопы, он сильно отличается от обычного телескопа.

Вместо трубки со стеклянными линзами HAWC использует сеть из 300 больших резервуаров для воды, каждый из которых заполнен примерно 200 метрическими тоннами воды. Сеть расположена между двумя вершинами спящих вулканов в Мексике, на высоте более 13 000 футов над уровнем моря.

С этой точки зрения он может наблюдать последствия воздействия гамма-лучей на воздух в атмосфере. Такие столкновения создают так называемые воздушные ливни, которые чем-то напоминают взрывы частиц, незаметные невооруженным глазом.

Энергия исходного гамма-излучения высвобождается и перераспределяется между новыми фрагментами, состоящими из частиц с более низкой энергией и света. Именно эти частицы – и новые частицы, которые они создают на своем пути вниз – могут «видеть» HAWC.

Когда частицы дождя взаимодействуют с водой в резервуарах HAWC, они создают так называемое черенковское излучение, которое можно обнаружить с помощью инструментов обсерватории.

Ниса и ее коллеги начали сбор данных в 2015 году. В 2021 году команда накопила достаточно данных, чтобы приступить к тщательному изучению солнечных гамма-лучей.

«После изучения данных за шесть лет выяснилось, что избыток гамма-лучей вырвался наружу», — сказала Ниса. «Когда мы впервые увидели это, мы подумали: «Мы определенно все испортили». Солнце не может быть таким ярким при таких энергиях».

Создание истории

Солнце излучает много света, охватывающего целый ряд энергий, но некоторых энергий больше, чем других.

Например, благодаря своим ядерным реакциям Солнце производит тонну видимого света — то есть света, который мы видим. Эта форма света несет энергию около 1 электронвольта, что является удобной единицей измерения в физике.

Гамма-лучи, которые наблюдали Ниса и ее коллеги, имели энергию около 1 триллиона электронвольт, или 1 тераэлектронвольт, сокращенно 1 ТэВ. Удивительным был не только этот уровень энергии, но и тот факт, что они видели ее так много.

В 1990-х годах ученые предсказали, что Солнце может производить гамма-лучи, когда высокоэнергетические космические лучи — частицы, ускоренные космической электростанцией, такой как черная дыра или сверхновая, — врезаются в протоны на Солнце. Но, основываясь на том, что было известно о космических лучах и Солнце, исследователи также предположили, что эти гамма-лучи будут редко достигать Земли.