新泽西理工学院物理学家揭示太阳耀斑中伽马射线产生的关键机制
编辑者： Uliana S.
新泽西理工学院太阳与地球研究中心（NJIT-CSTR）的太阳物理学家们，在理解太阳上最剧烈的现象方面取得了重大突破。他们最终确定了强太阳耀斑爆发期间产生强大伽马射线的确切来源。这项发表于《自然·天文学》杂志上的发现，成功解决了长期以来困扰科学界的一个难题，即在这些高能事件中观测到的异常辐射信号的成因。
研究的焦点集中在2017年9月10日发生的一次X8.2级别的太阳耀斑。通过对数据的深入分析，研究人员在太阳日冕的特定区域——即所谓的“兴趣区域3”（ROI 3）——内，定位到了一团聚集体。该聚集体包含了数万亿的带电粒子，其能量高达数百万电子伏特（MeV）。这些粒子以接近光速的速度运动，其能量比普通太阳耀斑释放的粒子高出数百甚至数千倍。研究人员确定，产生伽马射线的关键机制是“轫致辐射”（bremsstrahlung），这种辐射是由于这些高能电子与太阳大气中的物质发生碰撞而产生的。
这项开创性的工作汇集了多位顶尖专家的智慧，其中包括物理学教授兼首席研究员格雷戈里·弗莱施曼（Gregory Fleishman）以及作为共同作者的EOVSA主任陈斌（Bin Chen）。为了获得如此精细的结果，研究团队巧妙地整合了来自美国国家航空航天局（NASA）“费米”伽马射线太空望远镜的数据，以及新泽西理工学院的地面射电干涉阵列——扩展欧文斯谷阵列（EOVSA）的观测数据。费米望远镜记录了伽马射线的时序变化，而EOVSA则提供了对被加速电子敏感的微波图像信息。
这一重要发现有力地佐证了现有理论，即太阳能够通过释放储存的磁能，高效地将带电粒子加速到极端能量水平。正如格雷戈里·弗莱施曼所指出的，这项科学成就将极大地完善现有的太阳活动模型，进而提高我们对空间天气的预报精度。这一改进的紧迫性，尤其是在近期事件的背景下，例如2024年5月与NOAA 13664活动区相关的强烈地磁暴事件，更显突出。
研究人员接下来的关键任务是精确区分这些极端粒子群中的电子和正电子。为解决这一难题，计划对EOVSA进行升级，目标是到2026年完成EOVSA-15的配置。这项新功能将允许测量微波辐射的偏振特性，从而为这些高能粒子的真实性质提供最终答案。尽管太阳28天的自转周期对持续观测构成了限制，但欧洲空间局（ESA）的“太阳轨道器”在2024年对NOAA 13664的观测数据，在一定程度上弥补了连续观测的不足。
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来源
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