Астрономы открыли самые высокоэнергетические лучи, исходящие от Солнца

Солнце ярко излучает в широком диапазоне частот, от радиоволн до рентгена. Более «мощные» гамма-лучи возникают лишь в моменты вспышек или под влиянием космических частиц. Однако новые наблюдения показали, что Солнце испускает намного больше таких фотонов, чем рассчитывали ученые. Энергия некоторых из них может достигать экстремальных значений в триллионы электронвольт. Об этом рассказывается в новой статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Протекающие в недрах Солнца термоядерные реакции приводят к выделению различного количества фотонов разных диапазонов электромагнитного спектра. Исключительно много из них относятся к видимому излучению, с энергией порядка одного электронвольта. А вот для крайне «энергичных» (выше миллиарда электронвольт) гамма-фотонов производительности Солнца недостаточно. Считается, что они возникают лишь в тех случаях, когда на звезде происходят вспышки или в нее ударяют космические частицы, разогнанные до экстремальных скоростей. Зарегистрировать столь слабое излучение почти невозможно.

Впервые заметить солнечные фотоны с энергией выше миллиарда электронвольт удалось лишь в 2011 году с помощью космического гамма-телескопа Fermi. Последующие наблюдения показали, что наша звезда испускает намного больше гамма-лучей, чем предсказывали расчеты. Но инструменты Fermi не способны регистрировать частицы с энергиями больше 200 миллиардов электронвольт. Поэтому авторы новой работы использовали наземный инструмент HAWC (High-Altitude Water Cherenkov Observatory, «Высокогорная водная черенковская обсерватория»).

Поверхности Земли гамма-лучи не достигают, рассеиваясь в атмосфере. Однако, соударяясь с ее молекулами, они порождают «ливни» вторичных частиц. HAWC обнаруживает их с помощью массива емкостей, заполненных сверхчистой водой и установленных на высоте почти четыре километра над уровнем моря. Попадая в воду, вторичные частицы некоторое время продолжают двигаться в ней быстрее фазовой скорости света, создавая излучение, которое можно зарегистрировать фотоэлементами. По этим вспышкам можно реконструировать энергии и направления вторичных частиц, а по ним — характеристики исходных гамма-фотонов.

Такие наблюдения на HAWC проводили с 2015 по 2021 год, с тех пор физики продолжали анализ и обработку собранных данных. В результате они обнаружили, что некоторые солнечные гамма-фотоны, испущенные без участия вспышек, могут нести экстремально большую энергию, почти до десяти триллионов электронвольт. Более того, количество таких частиц оказалось больше предсказываемого теорией. Пока что объяснить эти наблюдения не удается. Возможно, гамма-фотоны получают дополнительный импульс благодаря магнитному полю Солнца. Но доказать это еще предстоит.