NJIT-Fysici Ontrafelen Bron van Gamma-Straling bij Krachtige Zonnevlammen

Zonnefysici van het New Jersey Institute of Technology's Center for Solar-Terrestrial Research (NJIT-CSTR) hebben een cruciale doorbraak gerealiseerd in ons begrip van de meest intense processen op de zon. Zij hebben definitief vastgesteld wat de bron is van de krachtige gammastraling die vrijkomt tijdens zware zonnevlammen. Dit baanbrekende onderzoek, gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Nature Astronomy, lost een langdurig wetenschappelijk raadsel op dat verband hield met de ongewoon intense stralingssignalen die tijdens dergelijke zonne-uitbarstingen werden waargenomen.

De focus van de studie lag op de analyse van een X8.2-klasse zonnevlam die plaatsvond op 10 september 2017. Door nauwkeurige data-analyse slaagden de onderzoekers erin een concentratie in de zonnecorona te lokaliseren, specifiek in wat zij de 'Regio van Interesse 3' (ROI 3) noemen. In deze regio bevond zich een verzameling van biljoenen deeltjes, elk met energieën die opliepen tot enkele miljoenen elektronvolt (MeV). Deze deeltjes, die zich met snelheden bijna gelijk aan de lichtsnelheid voortbewogen, bezitten honderden tot duizenden malen meer energie dan de typische deeltjes die bij zonnevlammen vrijkomen.

Het sleutelmechanisme voor de generatie van de gammastraling werd door de wetenschappers geïdentificeerd als remstraling, beter bekend als bremsstrahlung. Dit fenomeen ontstaat wanneer deze extreem hoogenergetische elektronen botsen met het materiaal in de atmosfeer van de zon. Dit verklaart de onverwacht hoge intensiteit van de waargenomen straling.

Aan dit onderzoek werkten vooraanstaande experts mee. Professor Greg Fleishman, hoofdauteur van de studie, en Bin Chen, directeur van EOVSA en mede-auteur, speelden een leidende rol. Om zulke gedetailleerde resultaten te verkrijgen, was een slimme combinatie van data noodzakelijk. Men gebruikte de waarnemingen van NASA's Fermi-gammastralingstelescoop voor de tijdsdynamiek van de gammastraling, gecombineerd met de microgolfbeelden van de NJIT's Extended Owens Valley Solar Array (EOVSA). EOVSA is bijzonder gevoelig voor de versnelde elektronen, waardoor de twee observatoria elkaar perfect aanvulden.

Deze bevinding bevestigt de theoretische modellen die stellen dat de zon in staat is om geladen deeltjes tot extreme energieën te versnellen door de ontlading van opgeslagen magnetische energie. Volgens professor Fleishman zal deze wetenschappelijke prestatie een significante verbetering brengen in de huidige modellen van zonneactiviteit. Dit vertaalt zich direct naar nauwkeurigere voorspellingen van ruimtevaartweer. De relevantie hiervan wordt onderstreept door recente gebeurtenissen, zoals de hevige geomagnetische storm in mei 2024, die in verband werd gebracht met de actieve regio NOAA 13664.

De volgende cruciale stap voor het onderzoeksteam is het onderscheid maken tussen elektronen en positronen binnen deze extreme deeltjespopulaties. Om dit te bewerkstelligen, staat een upgrade van EOVSA gepland naar de EOVSA-15 configuratie, waarvan de voltooiing rond 2026 wordt verwacht. Deze nieuwe capaciteit zal metingen van de polarisatie van de microgolfstraling mogelijk maken, wat uitsluitsel moet geven over de ware aard van deze hoogenergetische deeltjes. Hoewel de 28-daagse rotatie van de zon beperkingen oplegt aan continue observatie, werd dit in 2024 deels ondervangen door data van ESA's Solar Orbiter tijdens de observatie van NOAA 13664.