Các nhà Vật lý NJIT Xác nhận Cơ chế Phát xạ Tia Gamma Trong Các Vụ Bùng Nổ Mặt Trời Cực Mạnh

Các nhà vật lý mặt trời thuộc Trung tâm Nghiên cứu Mặt Trời và Trái Đất tại Viện Công nghệ New Jersey (NJIT-CSTR) vừa đạt được một bước đột phá quan trọng trong việc lý giải những hiện tượng dữ dội nhất trên Mặt Trời. Họ đã xác định được nguồn gốc chính xác của bức xạ tia gamma cường độ cao phát ra trong các vụ bùng nổ mặt trời dữ dội. Công trình nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí uy tín Nature Astronomy, đã giải quyết được một vấn đề khoa học tồn tại dai dẳng liên quan đến các tín hiệu bức xạ bất thường từng được quan sát trong những sự kiện này.

Trọng tâm của cuộc điều tra là vụ bùng nổ lớp X8.2 xảy ra vào ngày 10 tháng 9 năm 2017. Thông qua việc phân tích dữ liệu, các nhà khoa học đã khoanh vùng được một tập hợp các hạt trong vành nhật hoa Mặt Trời, cụ thể là tại Khu vực Quan tâm 3 (ROI 3). Khu vực này chứa hàng nghìn tỷ hạt mang năng lượng lên tới hàng triệu electron volt (MeV). Những hạt này, di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, sở hữu mức năng lượng cao hơn gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần so với các hạt điển hình được giải phóng trong các đợt bùng phát mặt trời thông thường. Các nhà nghiên cứu đã kết luận rằng cơ chế then chốt tạo ra bức xạ tia gamma chính là sự phát xạ hãm (bremsstrahlung), xảy ra khi các electron năng lượng cực cao này va chạm với vật chất trong bầu khí quyển của Mặt Trời.

Nghiên cứu này có sự tham gia của các chuyên gia hàng đầu, nổi bật là Giáo sư Vật lý và tác giả chính Gregory Fleishman, cùng với Giám đốc EOVSA, Binh Chen, người đóng vai trò là đồng tác giả. Để đạt được những kết quả chi tiết như vậy, cần có sự kết hợp dữ liệu từ Kính viễn vọng Tia Gamma Fermi của NASA và giao thoa kế vô tuyến mặt đất của NJIT – Mảng Mở rộng Owens Valley (EOVSA). Trong khi Fermi ghi lại được động lực học thời gian của bức xạ gamma, EOVSA lại cung cấp các hình ảnh vi sóng nhạy cảm với các electron bị gia tốc.

Phát hiện này củng cố các lý thuyết cho rằng Mặt Trời có khả năng tăng tốc các hạt tích điện lên mức năng lượng cực đoan thông qua việc giải phóng năng lượng từ trường tích tụ. Theo nhận định của Gregory Fleishman, thành tựu khoa học này sẽ giúp cải thiện đáng kể các mô hình hoạt động của Mặt Trời hiện tại, từ đó nâng cao độ chính xác trong việc dự báo thời tiết không gian. Tầm quan trọng của việc cải thiện này càng trở nên cấp thiết hơn sau các sự kiện gần đây, ví dụ như cơn bão địa từ dữ dội vào tháng 5 năm 2024, vốn liên quan đến vùng hoạt động NOAA 13664.

Bước tiếp theo mang tính quyết định đối với đội ngũ nghiên cứu là phân biệt rõ ràng giữa electron và positron trong các quần thể hạt cực đoan này. Để giải quyết vấn đề này, họ đang lên kế hoạch nâng cấp EOVSA lên cấu hình EOVSA-15, dự kiến hoàn thành vào năm 2026. Chức năng mới này sẽ cho phép đo lường độ phân cực của bức xạ vi sóng, từ đó đưa ra câu trả lời cuối cùng về bản chất của các hạt năng lượng cao này. Hạn chế về quan sát liên tục, vốn bị giới hạn bởi chu kỳ quay 28 ngày của Mặt Trời, đã được bù đắp một phần trong năm 2024 bằng dữ liệu thu thập được từ tàu vũ trụ Solar Orbiter của ESA khi quan sát vùng NOAA 13664.