Солнечная вспышка сорвала маску: Солнце показало механизм, который долго не удавалось поймать

Редкая солнечная вспышка, зафиксированная в 2017 году, помогла ученым приблизиться к разгадке происхождения гамма-лучей. Наблюдения показали, что источник экстремального излучения скрывался не на поверхности, а высоко в атмосфере Солнца. Это открытие уточняет понимание того, как формируются самые энергичные частицы во время вспышек и как подобные процессы соотносятся с другими явлениями высокоэнергетической астрофизики, включая длительные гамма-всплески. Об этом сообщает Earth.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Солнечная вспышка

Необычная вспышка и объединение данных

Исследование стало возможным благодаря одновременному анализу космических и наземных наблюдений. В работе участвовали специалисты Технологического института Нью-Джерси, а руководил проектом доктор Грегори Д. Флейшман из Центра исследований солнечной энергии NJIT. Ученые сопоставили данные гамма-телескопа NASA Fermi и радионаблюдений массива EOVSA.

Десятилетиями астрономы фиксировали гамма-лучи во время мощных солнечных вспышек, однако стандартные модели ускорения частиц не могли полностью объяснить их происхождение. Новые измерения позволили проследить сигнал до компактной области в солнечной короне.

Гамма-лучи в короне Солнца

Совместный анализ показал, что гамма-излучение возникало в тонкой внешней атмосфере Солнца — короне, состоящей из горячей плазмы. Телескоп Fermi регистрировал высокоэнергетические фотоны, а EOVSA создавал микроволновые карты распределения быстрых частиц.

Обе системы указали на одну и ту же зону, получившую обозначение ROI 3. Микроволновые данные особенно важны, поскольку электроны испускают радиоволны, когда их траектории искривляются магнитными полями. Это позволило связать гамма-лучи с конкретным объемом короны, а не с усредненным излучением всего Солнца.

Частицы с аномальной энергией

Внутри ROI 3 исследователи обнаружили необычное распределение энергий. Частицы достигали пика на уровне нескольких мегаэлектронвольт — значительно выше типичных значений для солнечных вспышек. При этом число таких частиц оказалось аномально большим.

Такая картина нарушает привычное правило, согласно которому более высокие энергии встречаются реже. Именно это долго мешало корректно интерпретировать данные прошлых наблюдений. Модель показала, что гамма-лучи возникают за счет тормозного излучения: когда быстрые электроны сталкиваются с плотной плазмой и теряют энергию в виде высокочастотных фотонов.

Роль магнитных полей

Ключевым механизмом вспышки остается магнитное пересоединение. В ходе этого процесса линии магнитного поля разрываются и соединяются заново, высвобождая огромные запасы энергии. Электрические поля, возникающие при этом, разгоняют электроны почти до скорости света.

Результаты указывают на то, что солнечная корона способна удерживать самые быстрые частицы достаточно долго, чтобы они успели излучить гамма-лучи. Близость ROI 3 к зоне ускорения частиц подтверждает эту гипотезу.

Почему это важно для космической погоды

По данным NOAA, мощные солнечные вспышки могут ионизировать верхние слои атмосферы Земли и вызывать сбои радиосвязи и навигации. Понимание того, где и когда формируются частицы с энергиями MeV, напрямую влияет на прогнозы космической погоды и дополняет знания о процессах, связанных с радиационными поясами Земли.

Более точные модели помогают операторам спутников и систем связи заранее оценивать риски радиации. Однако ученые подчеркивают, что многие вопросы пока остаются открытыми.

Сравнение источников гамма-лучей при вспышках

Традиционные модели связывали гамма-лучи с распределенными по всей активной области электронами. Новый подход показывает, что ключевую роль может играть компактный корональный источник. Такое сравнение меняет взгляд на структуру вспышек и позволяет перейти от усредненных оценок к локальным процессам.

Плюсы и минусы новой модели

Новая интерпретация дает четкую связь между гамма-лучами и конкретной областью в короне. Она объясняет аномальное усиление излучения на высоких энергиях. При этом модель пока не отвечает на вопрос, являются ли частицы электронами или позитронами. Кроме того, неясно, насколько часто подобные зоны возникают при менее мощных вспышках.

Популярные вопросы о солнечных гамма-лучах

Как ученые находят источник гамма-лучей на Солнце?
С помощью одновременного анализа космических гамма-детекторов и наземных радиотелескопов.

Чем опасны такие вспышки для Земли?
Они могут нарушать радиосвязь, работу спутников и навигационных систем.

Что лучше помогает прогнозировать космическую погоду?
Модели, которые учитывают поведение высокоэнергетических частиц и их локализацию в короне.