Фізики NJIT остаточно визначили джерело гамма-випромінювання у найпотужніших сонячних спалахах

Науковці-геліофізики з Центру досліджень Сонця та Землі Технологічного інституту Нью-Джерсі (NJIT-CSTR) здійснили вагомий прорив у розумінні найінтенсивніших процесів, що відбуваються на нашому Сонці. Вони остаточно встановили першоджерело потужного гамма-випромінювання, яке супроводжує найсильніші сонячні спалахи. Це відкриття, опубліковане у престижному виданні «Nature Astronomy», поклало край тривалій науковій дискусії щодо аномальних радіаційних сигналів, які фіксувалися під час таких космічних катаклізмів.

У центрі уваги дослідників опинився аналіз даних, зібраних під час спалаху класу X8.2, що стався 10 вересня 2017 року. Завдяки ретельному аналізу вчені змогли точно локалізувати в сонячній короні, у так званій Області інтересу 3 (ROI 3), скупчення, що містило трильйони частинок. Енергія цих частинок сягала мільйонів електронвольт (МеВ), що у сотні й тисячі разів перевищує енергію типових частинок, які вивільняються під час сонячних вибухів. Як довели дослідники, ключовим механізмом, що породжує гамма-випромінювання, є гальмівне випромінювання (bremsstrahlung). Воно виникає, коли ці надзвичайно енергійні електрони стикаються з речовиною сонячної атмосфери, рухаючись зі швидкістю, близькою до швидкості світла.

У цьому фундаментальному дослідженні взяли участь провідні фахівці галузі. Серед них — професор фізики та головний автор роботи Грегорі Флейшман, а також Бінь Чень, директор EOVSA, який виступив співавтором. Для досягнення такої високої деталізації результатів було застосовано комплексний підхід, що поєднав дані з двох потужних інструментів. Космічний гамма-телескоп NASA «Фермі» фіксував часову динаміку гамма-випромінювання, тоді як наземний радіоінтерферометр NJIT — Розширений масив Овенс-Валлі (EOVSA) — надав мікрохвильові зображення, чутливі до прискорених електронів.

Це значуще відкриття слугує потужним підтвердженням існуючих теорій про здатність Сонця ефективно розганяти заряджені частинки до екстремальних енергетичних рівнів, використовуючи накопичену магнітну енергію. За словами Грегорі Флейшмана, цей науковий здобуток має суттєво вдосконалити сучасні моделі сонячної активності. Це, у свою чергу, підвищить надійність прогнозів космічної погоди. Важливість такого вдосконалення підкреслюється нещодавніми подіями, як-от потужний геомагнітний шторм у травні 2024 року, пов'язаний з активною областю NOAA 13664.

Наступним критично важливим завданням для науковців є точне розрізнення між електронами та позитронами у цих екстремальних популяціях частинок. Для вирішення цього питання заплановано модернізацію EOVSA до конфігурації EOVSA-15, завершення якої очікується у 2026 році. Нова функціональність дозволить проводити вимірювання поляризації мікрохвильового випромінювання, що має дати остаточну відповідь щодо істинної природи цих високоенергетичних частинок. Обмеження, пов'язане з 28-денним обертанням Сонця, яке ускладнює безперервне спостереження, було частково компенсоване у 2024 році завдяки даним, отриманим космічним апаратом ЄКА «Сонячний орбітер» під час моніторингу області NOAA 13664.