На основе анализа данных наблюдений за 14 лет ученые создали единую визуализацию гамма-излучения Солнца. Полученное изображение продемонстрировало неравномерность и асимметрию, что не соответствовало первоначальным предположениям.
Солнце является одним из наиболее интенсивных источников гамма-излучения в небесной сфере. Основной причиной возникновения этого излучения выступают столкновения космических лучей с солнечной звездой и ее магнитным полем. Учитывая, что космические лучи достигают Солнца со всех направлений, исследователи ожидали, что и гамма-излучение будет распределено достаточно равномерно.
Следует учитывать, что активность нашей звезды носит циклический характер, что усложняет изучение ее излучения. Каждые 11 лет Солнце переживает периоды минимальной и максимальной активности. Во время максимума происходит инверсия его магнитных полюсов. Поэтому для изучения процессов формирования гамма-излучения необходимо анализировать данные, соотнося их с фазами солнечного цикла.
В 2022 году астроном Тим Линден из Университета штата Огайо (США) совместно с другими исследователями проанализировали гамма-данные, собранные обсерваторией «Ферми» с 2008-го по 2020-й, полностью захватив последний 11-летний цикл. Они брали излучение с энергией от 100 мегаэлектронвольт до 100 гигаэлектронвольт. Тогда ученые обнаружили неожиданную отрицательную корреляцию между солнечной активностью и гамма-излучением. То есть гамма-лучей было больше при минимальной активности Солнца.
Для новой работы ученые объединили данные за 14 лет наблюдений «Ферми» (с августа 2008 года по январь 2022 года) в единую визуализацию. При этом учитывалось излучение с энергиями от 5 до 150 гигаэлектронвольт. Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.
Перед тем, как приступить к анализу данных, астрономы исключили из них все известные случаи, когда Солнце проецировалось на известные объекты: галактический диск, блазары, гамма-источники и другие подобные явления.
Замеры показали, что гамма-излучение распределяется не равномерно, а с повышенной интенсивностью в области полюсов. При этом наблюдается заметная разница между этими областями.
«В районе южного полюса наблюдается избыточное количество лучей высоких энергий, состоящих из фотонов с энергиями от 20 до 150 гигаэлектронвольт, в то время как большая часть менее энергичных фотонов поступает с северного полюса», — объяснил главный автор исследования Бруно Арзиоли из Института астрофизики и космических наук (Португалия).
Авторы исследования подчеркивают, что при анализе данных важно избегать использования усредненных показателей за продолжительные периоды, поскольку это может привести к игнорированию асимметричных изменений.
«Согласно нашим данным, существует тесная взаимосвязь между асимметрией гамма-излучения, испускаемого Солнцем, и изменениями в магнитном поле звезды. Это указывает на потенциальную связь между исследованиями Солнца, физикой элементарных частиц и физикой плазмы», — заявила Елена Орландо, соавтор работы из Стэнфордского университета.
В период с 2024 по 2025 год Солнце достигнет пика солнечной активности, и произойдет переполюсовка. Исследователи намерены расширить свою работу, включив в нее новые сведения. В частности, углубленное изучение процессов, происходящих на Солнце, позволит повысить точность прогнозов космической погоды. Это, в свою очередь, обеспечит более эффективную защиту как спутникового оборудования, так и наземной электронной инфраструктуры. Кроме того, увеличение объема данных приближает физиков к объяснению того, почему Солнце излучает в гамма-диапазоне в десять раз интенсивнее, чем предполагалось.