Изображение предоставлено NASA
Астрономы полагают, что Солнце создает и уничтожает антивещество как часть своего естественного процесса реакции синтеза, но новые наблюдения с космического корабля НАСА Reuven Ramaty Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) позволили по-новому взглянуть на этот процесс. Антивещество образуется в солнечных вспышках, когда быстро движущиеся частицы, ускоряемые вспышкой, врезаются в более медленно движущиеся частицы в атмосфере Солнца (достаточно только одного антивещества, чтобы обеспечить мощь Соединенных Штатов в течение двух лет). Удивительно, но антивещество не уничтожается сразу же; вместо этого он переносится вспышкой в другую область Солнца, а затем уничтожается.
Лучший взгляд на то, как солнечный взрыв превращается в фабрику антивещества, дал неожиданное понимание того, как работают огромные взрывы. Наблюдение может расстроить теории о том, как взрывы, называемые солнечными вспышками, создают и уничтожают антивещество. Это также дало удивительные подробности о том, как они взрывают субатомные частицы почти со скоростью света.
Солнечные вспышки являются одними из самых мощных взрывов в солнечной системе; самая большая может выпустить столько энергии, сколько миллиардов ядерных бомб в один мегатонн. Группа исследователей использовала космический аппарат НАСА Reuven Ramaty Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) для съемки солнечной вспышки 23 июля 2002 года с использованием высокоэнергетического рентгеновского излучения и гамма-излучения вспышки.
«Мы фотографируем вспышки совершенно нового цвета, который невидим для человеческого глаза, поэтому мы ожидаем сюрпризов, и RHESSI уже подарил нам пару», - сказал доктор Роберт Лин, преподаватель кафедры физики в Калифорнийский университет в Беркли, главный исследователь RHESSI.
Гамма-лучи и рентгеновские лучи являются наиболее энергетическими формами света, причем частица гамма-излучения находится наверху шкалы и несет в миллионы раз миллиарды больше энергии, чем частица видимого света. Результаты являются частью серии статей о наблюдении RHESSI, которые будут опубликованы в Astrophysical Journal Letters 1 октября.
Антивещество уничтожает нормальную материю во взрыве энергии, вдохновляя писателей-фантастов использовать ее в качестве чрезвычайно мощного источника для продвижения космических кораблей. Современная технология создает лишь мельчайшие количества, обычно в машинах длиной в мили, которые используются для того, чтобы разбивать атомы вместе, но ученые обнаружили, что вспышка в июле 2002 года создала половину килограмма (около одного фунта) антивещества, достаточного для питания всего Соединенных Штатов в течение двух дней. Согласно изображениям и данным RHESSI, это антивещество не было уничтожено, где ожидалось.
Антивещество часто называют «зеркальным отражением» обычной материи, потому что для каждого типа частицы обычной материи может быть создана частица антивещества, которая идентична за исключением противоположного электрического заряда или других фундаментальных свойств.
Антивещество редко встречается в современной вселенной. Тем не менее, он может быть создан при высокоскоростных столкновениях между частицами обычной материи, когда часть энергии от столкновения идет на производство антивещества. Антивещество создается во вспышках, когда быстро движущиеся частицы, ускоренные во время вспышки, сталкиваются с более медленными частицами в атмосфере Солнца.
Согласно теории вспышек, эти столкновения происходят в относительно плотных областях солнечной атмосферы, потому что много столкновений требуется, чтобы произвести значительные количества антиматерии. Ученые ожидали, что антивещество будет уничтожено в одних и тех же местах, поскольку в него может попасть так много частиц обычной материи. «Антиматерия не должна уходить далеко», - сказал д-р Джеральд Шер из Военно-морской исследовательской лаборатории в Вашингтоне, округ Колумбия, ведущий автор статьи о наблюдениях RHESSI за уничтожением антиматерии во время вспышки 23 июля.
Однако в космической версии игры-оболочки кажется, что эта вспышка могла перемешать антивещество, создав его в одном месте и уничтожив в другом. RHESSI позволил провести самый подробный на сегодняшний день анализ гамма-излучения, испускаемого, когда антивещество уничтожает обычное вещество в солнечной атмосфере. Анализ показывает, что антивещество вспышки могло быть разрушено в регионах, где высокие температуры сделали плотность частиц в 1000 раз ниже, чем там, где должна была быть создана антивещество.
В качестве альтернативы, возможно, вообще не существует «игры в оболочку», и вспышки могут создавать значительные количества антиматерии в менее плотных областях, или вспышки могут каким-то образом поддерживать плотные области, несмотря на высокие температуры, или антиматерия была создана «на бежать »на высоких скоростях, и высокоскоростное создание дало появление области высокой температуры, согласно команде.
Солнечные вспышки также способны взрывать электрически заряженные частицы в атмосфере Солнца (электроны и ионы) почти до скорости света (около 186 000 миль в секунду или 300 000 км / с). Новое наблюдение RHESSI показало, что солнечные вспышки каким-то образом сортируют частицы либо по их массе, либо по электрическому заряду, когда они продвигают их на сверхвысокие скорости.
«Это открытие - революция в нашем понимании солнечных вспышек», - сказал доктор Гордон Херфорд из Калифорнийского университета в Беркли, который является ведущим автором одной из пятнадцати статей об этом исследовании.
Солнечная атмосфера - это газ электрически заряженных частиц (электронов и ионов). Поскольку эти частицы чувствуют магнитные силы, они вынуждены течь вдоль магнитных полей, которые пронизывают атмосферу Солнца. Считается, что солнечные вспышки случаются, когда магнитные поля в атмосфере Солнца искривляются и внезапно обретают новую конфигурацию, как разрыв резиновой ленты при чрезмерном растяжении. Это называется магнитным пересоединением.
Ранее ученые считали, что частицы в солнечной атмосфере ускоряются, когда их тащат вместе с магнитным полем, когда оно обретает новую форму, как камень в рогатке. Однако, если бы это было так просто, все частицы были бы расстреляны в одном направлении. Новые наблюдения RHESSI показывают, что это не так; более тяжелые частицы (ионы) оказываются в другом месте, чем более легкие частицы (электроны).
«Результат столь же удивителен, как золотодобытчики, взрывающие скалу и обнаруживающие, что взрыв отбросил всю грязь в одном направлении и все золото в другом направлении», - сказал доктор Крейг ДеФорест, исследователь по солнечной энергии из Юго-западного исследовательского института. Боулдер, Коло.
Способ, которым вспышки сортируют частицы по массе, неизвестен; Есть много возможных механизмов, по словам команды. Альтернативно, частицы могут быть отсортированы по их электрическому заряду, поскольку ионы заряжены положительно, а электроны заряжены отрицательно. Если это так, электрическое поле должно было бы генерироваться во вспышке, поскольку частицы движутся в разных направлениях в электрическом поле в соответствии с их зарядом. В любом случае магнитное переподключение все еще обеспечивает энергию, но процесс ускорения является более сложным.
Подсказкой, которая подтолкнула ученых к этому удивительному поведению, стало наблюдение RHESSI о том, что гамма-лучи от вспышки 23 июля не излучались из тех же мест, что и рентгеновские лучи, как предсказывает теория. Согласно теориям солнечной вспышки, электроны и ионы ускоряются до высоких скоростей во время вспышки и спускаются по арочным магнитным структурам. Электроны врезаются в более плотную солнечную атмосферу около двух точек свода арок, испуская рентгеновские лучи, когда они сталкиваются с электрически заряженными протонами, которые отклоняют их. Гамма-лучи должны испускаться из тех же мест, когда высокоскоростные ионы также попадают в эти области.
В то время как RHESSI наблюдал две области излучения рентгеновских лучей в точках ног, как и ожидалось, он обнаружил только рассеянное свечение гамма-излучения, сосредоточенное в другом месте, примерно в 15 000 км (примерно 9 300 миль) к югу от рентгеновских участков.
«Каждое новое открытие показывает, что мы только начинаем понимать, что происходит при этих гигантских взрывах», - сказал доктор Брайан Деннис из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд, который является научным сотрудником RHESSI. RHESSI был запущен 5 февраля 2002 года, когда Калифорнийский университет в Беркли отвечал за большинство аспектов миссии, а НАСА Годдард отвечал за управление программами и технический надзор.
Источник: пресс-релиз НАСА
