Солнечные гамма-фотоны с энергией, достигающей почти десяти триллионов электронвольт, были зафиксированы с помощью наземных приборов.
Солнце испускает энергию в широком спектре частот, начиная от радиоволн и заканчивая рентгеновским излучением. Гамма-лучи, обладающие большей энергией, образуются преимущественно во время солнечных вспышек или под воздействием космических частиц. Однако недавние наблюдения свидетельствуют о том, что Солнце генерирует значительно больше гамма-фотонов, чем предполагалось ранее. Энергия некоторых из них может достигать чрезвычайно высоких значений, измеряемых триллионами электронвольт. Это описывается в новой научной публикации, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Термоядерные процессы, происходящие внутри Солнца, сопровождаются высвобождением фотонов, отличающихся по количеству и диапазону энергий электромагнитного спектра. Значительная их часть приходится на видимый диапазон излучения, характеризующийся энергией порядка одного электронвольта. Для гамма-фотонов с чрезвычайно высокой энергией (свыше миллиарда электронвольт) мощности Солнца оказывается недостаточно. По мнению ученых, такие частицы формируются только в процессе вспышек на звезде или при столкновении с космическими частицами, движущимися с огромной скоростью. Обнаружить столь незначительное излучение практически не представляется возможным.
Ученые впервые зарегистрировали солнечные фотоны, обладающие энергией, превышающей миллиард 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»).
Гамма-лучи не проникают сквозь атмосферу Земли, поскольку рассеиваются в ней. Вступая во взаимодействие с молекулами атмосферы, они вызывают образование « ливни» вторичных частиц. HAWC использует массив контейнеров, наполненных сверхчистой водой, расположенных на высоте почти четыре километра над уровнем моря. Попадая в воду, эти частицы на короткое время продолжают двигаться в ней с превышением скорости фазового распространения света, создавая излучение, используя фотоэлементы, можно зафиксировать эти вспышки. Анализ этих вспышек позволяет восстановить энергии и траектории вторичных частиц, что, в свою очередь, позволяет определить параметры первичных гамма-фотонов.
Наблюдения, выполненные на HAWC в период с 2015 по 2021 год, были продолжены физиками, которые провели дальнейший анализ и обработку полученных данных. В результате было установлено, что некоторые гамма-фотоны, излучаемые Солнцем без связи со вспышками, способны обладать чрезвычайно высокой энергией, достигающей почти десяти триллионов электронвольт. Кроме того, количество этих частиц превышает теоретические прогнозы. В настоящее время дать объяснение этим явлениям не представляется возможным. Существует предположение, что гамма-фотоны приобретают дополнительную энергию под воздействием магнитного поля Солнца, однако эта гипотеза требует дальнейшего подтверждения.