รังสีแกมมาแปลก ๆ จากดวงอาทิตย์อาจช่วยถอดรหัสสนามแม่เหล็กได้

แสงพลังงานสูงมีมากมายและแปลกประหลาดกว่าที่ใคร ๆ คาดไว้แสงอาทิตย์ที่หลับใหลกลายเป็นโรงงานแห่งแสงสว่างที่กระฉับกระเฉง

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าดวงอาทิตย์ทำให้แสงนี้ เรียกว่ารังสีแกมมาพลังงานสูง โดยรวมแล้วมากกว่าที่คาดการณ์ไว้ แต่สิ่งที่แปลกจริงๆ ก็คือรังสีที่มีพลังงานสูงสุดปรากฏขึ้นเมื่อดาวควรจะมีความเฉื่อยมากที่สุดนักวิจัยรายงานในการศึกษาที่กำลังจะมีขึ้นในPhysical Review Letters การวิจัยครั้งนี้เป็นงานวิจัยชิ้นแรกที่จะตรวจสอบรังสีแกมมาเหล่านี้ในวัฏจักรสุริยะส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นระยะเวลาประมาณ 11 ปีของกิจกรรมสุริยะข้างขึ้นและข้างแรม

นักวิจัยกล่าว 

นักวิจัยกล่าวว่าความแปลกประหลาดที่เพิ่งค้นพบนี้อาจเชื่อมโยงกับกิจกรรมของสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์และอาจนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับสภาพแวดล้อมลึกลับ จอห์น บีคอม นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตตในโคลัมบัส กล่าวว่า “เกือบทุกอย่างที่เกิดขึ้นที่นี่คือสนามแม่เหล็กมีพลังมากกว่า แปรผันมากกว่า และมีรูปร่างแปลกประหลาดกว่าที่เราคาดไว้มาก”

รังสีแกมมาพลังงานสูงของดวงอาทิตย์ไม่ได้ผลิตโดยดาวฤกษ์โดยตรง ในทางกลับกัน แสงจะถูกกระตุ้นโดยรังสีคอสมิก ซึ่งเป็นโปรตอนที่เคลื่อนที่ผ่าน อวกาศด้วยพลังงานสูงสุดบางส่วนที่รู้จักกันในธรรมชาติ ซึ่งกระทบโปรตอนของดวงอาทิตย์และผลิตรังสีแกมมาพลังงานสูงในกระบวนการ ( SN: 10/14/27, p . 7 ) .

รังสีแกมมาทั้งหมดจะหายไปในดวงอาทิตย์ ถ้าไม่ใช่เพราะสนามแม่เหล็ก เป็นที่ทราบกันว่าสนามแม่เหล็กดึงอนุภาคที่มีประจุเช่นรังสีคอสมิกและหมุนไปรอบ ๆ เหมือนบ้านในพายุทอร์นาโด นักทฤษฎีได้ทำนายว่ารังสีคอสมิกซึ่งเส้นทางถูกรบกวนโดยมวลของสนามแม่เหล็กที่พันกันที่พื้นผิวสุริยะควรส่งรังสีแกมมาพลังงานสูงที่พุ่งออกจากดวงอาทิตย์ซึ่งนักดาราศาสตร์สามารถมองเห็นได้

Beacom และเพื่อนร่วมงานนำโดย Tim Linden นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งรัฐโอไฮโอ ร่อนข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศFermi Gamma-ray ของ NASA ตั้งแต่เดือนสิงหาคม 2008 ถึงพฤศจิกายน 2017 การสังเกตการณ์ครอบคลุมช่วงกิจกรรมแสงอาทิตย์ต่ำในปี 2008 และ 2009 ซึ่งเป็นช่วงที่มีกิจกรรมสูงขึ้น ในปี 2556และการลดลงของกิจกรรมจนถึงขั้นต่ำของรอบถัดไปซึ่งเริ่มในปี 2561 ( SN: 11/2/13, หน้า 22 ) ทีมงานได้ติดตามจำนวนรังสีแกมมาแสงอาทิตย์ที่ปล่อยออกมาต่อวินาที ตลอดจนพลังงานและตำแหน่งของดวงอาทิตย์

มีรังสีแกมมาพลังงานสูงมากกว่า 50 พันล้านอิเล็กตรอนโวลต์หรือ GeV 

มากกว่าที่คาดการณ์ไว้ ทีมรายงาน ที่แปลกประหลาดกว่านั้น คือ รังสีที่มีพลังงานสูงกว่า 100 GeV ปรากฏเฉพาะในช่วงแสงอาทิตย์ต่ำสุดเท่านั้น เมื่อระดับกิจกรรมของดวงอาทิตย์ต่ำ โฟตอนหนึ่งที่ปล่อยออกมาในช่วงแสงอาทิตย์ขั้นต่ำมีพลังงานสูงถึง 467.7 GeV

ที่แปลกประหลาดที่สุดคือดวงอาทิตย์ดูเหมือนจะปล่อยรังสีแกมมาออกจากส่วนต่างๆ ของพื้นผิวในช่วงเวลาต่างๆ ของวัฏจักรของมัน เนื่องจากรังสีคอสมิกที่กระทบดวงอาทิตย์มาจากทุกทิศทุกทาง คุณจึงคาดว่าดวงอาทิตย์ทั้งดวงจะส่องสว่างในรังสีแกมมาอย่างสม่ำเสมอ แต่ทีมของ Beacom พบว่าในช่วงค่าต่ำสุดของดวงอาทิตย์ รังสีแกมมาส่วนใหญ่มาจากใกล้เส้นศูนย์สูตร และในช่วงค่าสูงสุดของดวงอาทิตย์ เมื่อระดับกิจกรรมของดวงอาทิตย์สูง พวกมันจะกระจุกตัวอยู่ใกล้ขั้ว

“สิ่งเหล่านี้ล้วนแปลกประหลาดกว่าที่ใคร ๆ คาดไว้” บีคอมกล่าว “และนั่นหมายความว่าสนามแม่เหล็กจะต้องแปลกมากกว่าที่ใคร ๆ คิดไว้”

Beacom และเพื่อนร่วมงานพยายามเชื่อมโยงรังสีแกมมาส่วนเกินกับพฤติกรรมสุริยะอื่นๆ ที่เปลี่ยนแปลงไปตามกิจกรรมแม่เหล็ก เช่นเปลวสุริยะหรือจุดดับบนดวงอาทิตย์ ( SN: 9/30/17, p. 6 ) นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ แอนนิกา ปีเตอร์ จากรัฐโอไฮโอกล่าวว่า “จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีการตรวจสอบข้อเท็จจริงใดๆ เลย”

รังสีแกมมาพลังงานสูงอาจเป็นวิธีใหม่ในการสำรวจสนามแม่เหล็กในชั้นบนสุดของพื้นผิวสุริยะที่เรียกว่าโฟโตสเฟียร์ “คุณไม่สามารถมองเห็น [ทุ่งนา] ด้วยกล้องโทรทรรศน์” บีคอมกล่าว “แต่ [รังสีคอสมิก] เหล่านี้กำลังเดินทางไปที่นั่น และรังสีแกมมาที่พวกมันส่งกลับมาคือผู้ส่งสารแห่งสภาวะเลวร้ายที่นั่น”

ข้อสังเกตเพิ่มเติมจะมาเร็ว ๆ นี้ Parker Solar Probeของ NASA ซึ่งเปิดตัวในวันที่ 12 สิงหาคม จะทำการวัดสนามแม่เหล็กในชั้นบรรยากาศภายนอกของดวงอาทิตย์โดยตรงเป็นครั้งแรก หรือโคโรนา ( SN: 7/21/18, p. 12 ) และเมื่อดวงอาทิตย์เข้าสู่จุดต่ำสุดของดวงอาทิตย์ถัดไป รังสีแกมมาที่มีพลังงานสูงสุดก็จะเริ่มกลับมา ในเดือนกุมภาพันธ์ Fermi จับรังสีแกมมาตัวแรกด้วยพลังงานที่สูงกว่า 100 GeV ตั้งแต่ปี 2552

นักฟิสิกส์พลังงานแสงอาทิตย์ Craig DeForest จาก Southwest Research Institute ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองโบลเดอร์ รัฐโคโล กล่าวว่า “มีสิ่งแปลกปลอมเกิดขึ้นจริง ๆ และไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับงานนี้ “เมื่อมีการค้นพบใหม่ นักวิทยาศาสตร์จะไม่ตะโกนว่า ‘ยูเรก้า!’ พวกเขาพูดว่า ‘อืม ตลกดี นั่นไม่ถูกต้อง ‘ นี่เป็นกรณีคลาสสิกของสิ่งนั้น”