Fizycy z NJIT Rozwikłali Zagadkę Generowania Promieniowania Gamma podczas Najsilniejszych Rozbłysków Słonecznych

Naukowcy zajmujący się fizyką Słońca z Centrum Badań Słońca i Ziemi przy Instytucie Technologicznym New Jersey (NJIT-CSTR) dokonali przełomowego odkrycia, które rzuca nowe światło na najbardziej energetyczne zjawiska zachodzące na naszej gwieździe. Ostatecznie ustalili oni źródło intensywnego promieniowania gamma, które towarzyszy najpotężniejszym rozbłyskom słonecznym. Rezultaty tej pracy, opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma „Nature Astronomy”, kończą wieloletnią debatę naukową dotyczącą nietypowych sygnałów radiacyjnych obserwowanych podczas tych gwałtownych erupcji.

Kluczowym obiektem analizy był rozbłysk klasy X8.2, który miał miejsce 10 września 2017 roku. Szczegółowa analiza danych pozwoliła na precyzyjną lokalizację w koronie słonecznej, w obszarze znanym jako Region Zainteresowania 3 (ROI 3). W tym miejscu zidentyfikowano skupisko zawierające biliony cząstek, których energia sięgała milionów elektronowoltów (MeV). Mówimy tu o cząstkach pędzących z prędkościami bliskimi prędkości światła, posiadających energię setki, a nawet tysiące razy większą niż ta, którą zazwyczaj uwalniają standardowe rozbłyski słoneczne. Badacze udowodnili, że głównym mechanizmem odpowiedzialnym za emisję promieniowania gamma jest hamowanie wysokoenergetycznych elektronów, czyli tak zwane promieniowanie hamowania (bremsstrahlung), powstające w wyniku ich kolizji z materią atmosfery słonecznej.

W realizację tego ważnego projektu zaangażowani byli czołowi specjaliści w dziedzinie astrofizyki. Wśród nich należy wymienić profesora fizyki i głównego autora publikacji, Gregory'ego Fleishmana, oraz Dyrektora EOVSA, Bena Chena, który pełnił rolę współautora. Aby osiągnąć tak szczegółowe wyniki, konieczna była synergia danych pochodzących z dwóch kluczowych instrumentów. Teleskop kosmiczny NASA „Fermi” dostarczył informacji na temat czasowej ewolucji promieniowania gamma, natomiast naziemny interferometr NJIT – Rozszerzony Sondaż Owens Valley (EOVSA) – umożliwił uzyskanie obrazów w zakresie mikrofalowym, które są wrażliwe na obecność przyspieszonych elektronów.

Odkrycie to stanowi mocne potwierdzenie teorii zakładających, że Słońce jest zdolne do efektywnego rozpędzania cząstek naładowanych do ekstremalnych energii poprzez gwałtowne uwalnianie zmagazynowanej energii magnetycznej. Według Gregory'ego Fleishmana, to osiągnięcie naukowe ma szansę znacząco udoskonalić obecne modele opisujące aktywność słoneczną, a co za tym idzie, zwiększyć precyzję prognozowania pogody kosmicznej. Znaczenie tych ulepszeń jest szczególnie widoczne w kontekście niedawnych wydarzeń, takich jak potężna burza geomagnetyczna, która miała miejsce w maju 2024 roku i była związana z aktywnym regionem NOAA 13664.

Kolejnym kluczowym etapem dla zespołu badawczego jest rozróżnienie w tych ekstremalnych populacjach cząstek na elektrony i pozytony. Aby sprostać temu wyzwaniu, planowana jest modernizacja instrumentu EOVSA do wersji EOVSA-15, której zakończenie przewiduje się na rok 2026. Nowa konfiguracja umożliwi przeprowadzanie pomiarów polaryzacji promieniowania mikrofalowego, co powinno definitywnie rozstrzygnąć kwestię natury tych wysokoenergetycznych składników. Ograniczenie wynikające z 28-dniowego okresu rotacji Słońca, które utrudnia ciągłą obserwację, zostało częściowo skompensowane w 2024 roku dzięki danym zebranym przez sondę Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) „Solar Orbiter” podczas monitorowania regionu NOAA 13664.