Dlaczego nasze Słońce emituje nietypowe promienie gamma
W wyniku oddziaływania z atmosferą słoneczną promienie kosmiczne, emitowane w całym Wszechświecie w wyniku gwałtownych zjawisk astrofizycznych, takich jak wybuchy supernowych i kwazarów, wytwarzają kaskadę protonów, elektronów, neutronów, mionów i promieniowania elektromagnetycznego. Ta seria drugorzędnych „wysłanników” wraz z promieniowaniem zalewają atmosferę Słońca promieniami gamma. To wysokoenergetyczne promieniowanie jest z pewnością zupełnie inne niż promienie gamma generowane w procesach termojądrowych w jądrze Słońca, które nigdy nie docierają do zewnętrznych warstw i nie są przekształcane w promieniowanie o niższej energii. „Prowadzone przez dekadę szczegółowe obserwacje Słońca za pomocą należącego do NASA teleskopu Fermi Gamma-Ray Space Telescope wykazały, że słoneczne pola magnetyczne powinny silnie wpływać na sposób oddziaływania promieni kosmicznych z atmosferą słoneczną. Szczegółowe mechanizmy powstawania wysokoenergetycznych, silnych strumieni wiązek promieniowania gamma pozostają tajemnicą”, zauważa Kenny Chun Yu Ng, koordynator projektu SolarIC, finansowanego w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Odkrywanie roli pól magnetycznych
„Zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za wytwarzanie promieniowania gamma może zapewnić nowy sposób badania pól magnetycznych na Słońcu”, dodaje Ng. Potężne erupcje blisko powierzchni Słońca, znane jako koronalne wyrzuty masy, powodowane przez załamania pola magnetycznego, w dużej mierze odpowiadają za zjawiska pogody kosmicznej na Ziemi, od pięknych zorzy polarnych po uszkodzenia satelitów. Słoneczne promieniowanie gamma z pewnością może służyć jako narzędzie do monitorowania pogody kosmicznej. W ramach projektu SolarIC badacze symulowali propagację promieniowania kosmicznego w pobliżu atmosfery słonecznej, uwzględniając pola magnetyczne poza atmosferą. „Po raz pierwszy w dziedzinie astronomii słonecznej wykazaliśmy, że pola magnetyczne nad powierzchnią Słońca prowadzą do produkcji niskoenergetycznych promieni gamma (o energii około 1 miliard razy większej od energii światła widzialnego). Co ciekawe, pola magnetyczne zakrzywiają trajektorie promieni kosmicznych, tworząc korzystne warunki do produkcji możliwych do zaobserwowania promieni gamma”, wyjaśnia Ng. Chociaż wyniki symulacji dostarczają wyraźnych wskazówek na temat niektórych obserwowanych słonecznych promieni gamma, nadal nie rozwiązują one całej zagadki słonecznego promieniowania gamma. „Ku zaskoczeniu naukowców teleskop Fermiego zarejestrował promienie gamma 1 bilion razy bardziej energetyczne niż światło widzialne podczas minimum słonecznego, czyli w najspokojniejszej części cyklu słonecznego”, zauważa Ng. „Na podstawie tego, czego dowiedzieliśmy się w ramach tych prac, można stwierdzić, że potrzebny jest nowy rodzaj słonecznego pola magnetycznego, znacznie silniejszy niż ten, którego używaliśmy. Obecnie aktywnie badamy, w jaki sposób można to uwzględnić w naszych symulacjach”. Poza wyjaśnieniem, w jaki sposób pola magnetyczne przyczyniają się do wytwarzania promieni gamma, zespół projektu SolarIC zwrócił również uwagę na potrzebę wyjścia z nowymi pomysłami i opracowania nowych badań ilościowych w celu wyjaśnienia intensywnego promieniowania, które pojawiło się podczas ostatniego minimum słonecznego. „Pomimo swojej bliskości i ogromnego znaczenia dla życia na Ziemi Słońce wciąż pozostaje dla nas olbrzymią tajemnicą. Słoneczne pola magnetyczne są tak skomplikowane, że przewidywanie propagacji promieniowania kosmicznego w atmosferze słonecznej, a tym samym emisji promieniowania gamma, jest bardzo trudne”, zauważa Ng. „Aby było jeszcze ciekawiej, dowody w postaci promieniowania gamma mogą sygnalizować anihilację ciemnej materii, czyniąc ze Słońca możliwe źródło egzotycznych stanów materii”.
Słowa kluczowe
SolarIC, Słońce, pole magnetyczne, promienie gamma, promienie kosmiczne, minimum słoneczne, materia egzotyczna, ciemna materia
