Гамма-излучение Солнца оказалось несимметричным

Солнце — один из самых ярких источников гамма-излучения на небе. Один из главных механизмов появления этого гамма-излучения — столкновения космических лучей со звездой и ее магнитным полем. Так как космические лучи прилетают со всех сторон, ученые предполагали, что и гамма-излучение от Солнца будет относительно равномерным.

Тут важно помнить, что активность нашей звезды циклична, и это добавляет сложности исследованиям ее излучения. Каждые 11 лет Солнце проходит через фазы минимума и максимума активности. На максимуме «переворачиваются» полюса его магнитного поля. Поэтому для понимания процессов образования гамма-излучения стоит анализировать данные в привязке к фазам цикла.

В 2022 году астроном Тим Линден из Университета штата Огайо (США) и его коллеги 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.

В новой работе другая группа ученых объединила в единую визуализацию данные за 14 лет наблюдений «Ферми»: с августа 2008 года по январь 2022-го. Причем тут они брали излучение с энергиями от пяти до 150 гигаэлектронвольт. Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.

Прежде чем анализировать данные, астрономы «вырезали» из них все известные случаи, когда Солнце пролетало на фоне «загрязнителей»: галактического диска, блазаров, известных гамма-источников, гамма-вспышек и так далее.

Оказалось, распределение гамма-излучения неравномерно: полюса часто становятся ярче. Более того, между ними есть разница.

«На южном полюсе есть излишек лучей высоких энергий, фотонов с энергиями от 20 до 150 гигаэлектронвольт, а большинство менее энергичных фотонов прилетают с северного полюса», — объяснил главный автор исследования Бруно Арзиоли из Института астрофизики и космических наук (Португалия).

Как отметили авторы, их исследование показало, насколько важно не брать «усредненные» значения за длительные периоды наблюдений, потому что так можно упустить ассиметричные изменения.

«Мы продемонстрировали сильную корреляцию между асимметрией солнечного гамма-излучения и переворотом магнитного поля Солнца. Это показало, что, возможно, есть связь между солнечной астрономией, физикой частиц и физикой плазмы», — прокомментировала Елена Орландо, соавтор исследования из Стэнфордского университета.

В 2024-2025 годах Солнце пройдет очередной максимум, полюса снова перевернутся. Ученые планируют дополнить свою работу новыми данными. Во-первых, более глубокое понимание процессов на нашей звезде позволит делать более точные прогнозы космической погоды. Это позволит лучше защищать как инструменты спутников, так и электронную инфраструктуру на Земле. Во-вторых, чем больше данных, тем физики ближе к разгадке того, почему Солнце в гамма-диапазоне светится в десять раз ярче, чем они ожидали.