Valami nincs rendben a Nappal, irdatlan energiájú sugarak érték el a Földet

A Napból érkező gamma-sugárzás körülbelül egybillió elektronvolt energiájú volt

Évek óta különös, óriási energiájú sugarak érkeznek a Nap felől. Korábban nem voltunk képesek észlelni őket, ám egy közelmúltban épített új berendezés most mindent megváltoztathat.

A Nap sokkal furcsább, mint hittük. Azt gondoltuk, már jól ismerjük a saját csillagunkat, de hatalmasat tévedtünk"

– idézi a Phys.org tudományos portál Mehr Un Nisát, a Michigani Egyetem kutatóját, aki a Nap különös viselkedését tanulmányozta.

A Physical Review Letters című folyóiratban megjelent új tanulmány arról ír, hogyan sikerült észlelni a Napból érkező eddigi legnagyobb energiájú fényt. A felfedezés mögött álló nemzetközi kutatócsoport azt is megállapította, hogy a Nap sokkal több gamma-sugarat bocsájt ki, mint azt eddig feltételezték.

Bár ez a nagy energiájú fény nem éri el a földfelszínt, a gamma-sugarak olyan jeleket hoznak létre, amelyeket egy különleges kutatóeszközzel, a mexikói Nagymagasságú Vizes Cserenkov (HAWC) obszervatóriummal észlelni lehet.

A csodateleszkóp, ami vízzel működik

A HAWC egyik nagy előnye, hogy ellentétben más teleszkópokkal, éjjel-nappal működik, így olyan sugarakat is megfigyelhet, amelyek más műszerek számára észrevétlenek maradnak.

"Mára olyan megfigyelési technikák állnak rendelkezésünkre, amelyekről évekkel ezelőtt csak álmodhattunk" – mondta Nisa. A HAWC nem úgy épül fel mint a hagyományos távcsövek; 300 darab tartály bonyolult hálózata, amelyeket egyenként 200 tonna desztillált vízzel töltöttek meg. A tartályhálózat egy inaktív mexikói vulkán tetején található, 4100 méter magasan.

A légkörbe csapódó gamma-sugarak szabad szemmel nem látható részecskerobbanásokat idéznek elő. A folyamat során újabb részecskék keletkeznek, amelyek kölcsönhatásba lépnek a detektor tartályaiban lévő vízzel. Ennek hatására ún. Cserenkov-sugárzás jön létre, amit a teleszkóprendszer műszerei képesek érzékelni.

A HAWC teleszkóprendszer különlegessége, hogy a nap 24 órájában működik és a víz segítségével érzékeli a nagy energiájú sugarakat Forrás: Notimex via AFP/Especial

Ilyen erős gamma-sugarat még sohasem észleltek

Nisa és kollégái 2015-ben kezdték meg az adatgyűjtést. A csapat 2021-ben már elég információt gyűjtött ahhoz, hogy kellő alapossággal kezdjék vizsgálni a Nap gamma-sugárzását. A kapott eredmények még a sokat látott kutatókat is meglepték.

Miután átfésültünk hat évnyi adatot, akkora többletsugárzást kaptunk, hogy azt hittük, valamit elszámoltunk. Képtelenek voltunk elhinni, hogy a Nap ekkora energiájú sugarakat küld felénk. Pedig ez a helyzet"

– mondta Nisa.

A Nap különböző energiájú fényeket bocsájt ki, egyes sugarak energiaszintje magasabb, másoké kisebb. Csillagunk nukleáris reakciói révén rengeteg látható fényt produkál, ezek a jól ismert napsugarak, amelyek 1 elektronvolt energiát hordoznak.

A Nisa és kollégái által megfigyelt gamma-sugárzás körülbelül egybillió elektronvolt energiájú.

Nemcsak a magas energiaszint volt meglepő, hanem hogy ezekből a sugarakból a tudósok rengeteget találtak.

A Napból érkező gamma-sugárzás körülbelül egybillió elektronvolt energiájú volt Forrás: Science Photo Library via AFP/MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Mark Garlick/Science Photo Libra

Már korábban sejtették, hogy csak a felszínt kapargatjuk

A tudomány már 1990-ben azon az állásponton volt, hogy a Nap képes gamma-sugarakat létrehozni. Ehhez az kell, hogy a nagy energiájú kozmikus sugarak (részecskék, amelyeket fekete lyuk vagy szupernóva-robbanás gyorsít fel) a Napba csapódva protonokká szakadjanak szét. A tudósok azonban akkor még valószínűtlennek tartották, hogy ezek a gamma-sugarak – legalábbis nagy számban – elérhetik a Földet.

Ebben az időben azonban még nem volt olyan műszer, amely képes lett volna nagyobb energiájú gamma-sugarak észlelésére. Az első, egymilliárd elektronvoltnál nagyobb energiájú gamma-sugarakat először 2011-ben észlelték a tudósok a gamma tartományban működő, NASA által üzemeltetett Fermi teleszkóppal.

A következő néhány évben a Fermi-misszió megmutatta, hogy ezek a sugarak nem csak nagy energiájúak lehetnek, hanem azt is, hogy nagyjából hétszer több van belőlük, mint amennyivel a csillagászok eredetileg számoltak, ráadásul újabb, elképesztő energiájú gamma-sugarak várnak még felfedezésre.

Az űrben működő detektorok méretének és teljesítményének ugyanakkor van egy határa. A Fermi teleszkóp például 200 milliárd elektronvoltnál nagyobb gamma-sugarakat nem tudott észlelni. Ezért is jönnek jól a HAWC-hez hasonló földi obszervatóriumok.

A Fermi teleszkóp Forrás: Origo

Jelenleg több a kérdés, mint a válasz

A HAWC kollaboráció több mint 30 intézményt foglal magában Észak-Amerikában, Európában és Ázsiában, és ennek jelentős része hozzájárult a közel 100 szerzőt felvonultató tanulmány elkészítéséhez.

Jelen pillanatban a kutatás több kérdést vet fel, mint amennyit megválaszol. Nem tudni például, hogy miként jönnek létre ilyen irdatlan nagy energiájú gamma-sugarak, illetve mekkora, és milyen szerepet játszanak a Nap mágneses mezői ebben a jelenségben.