W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Physical Review Letters badaczka Mehr Un Nisa z Uniwersytetu Stanu Michigan szczegółowo opisuje odkrycie najbardziej energetycznego promieniowania wyemitowanego przez Słońce, jakie kiedykolwiek obserwowano. Skoro jednak mowa o najbardziej energetycznym promieniowaniu, to wiadomo, że chodzi o promieniowanie gamma. Problem jednak w tym, że Słońce emituje go znacznie więcej, niż naukowcy dotychczas zakładali.

Tutaj należy zaznaczyć, że promieniowanie gamma nie dociera do powierzchni Ziemi. Mimo tego jednak zespół kierowany przez Nisę i jej współpracowników był w stanie je wykryć podczas obserwacji prowadzonych za pomocą obserwatorium HAWC (High-Altitude Water Cherenkov Observatory), które obserwuje niebo bezustannie przez całą dobę.

Czytaj także: Promieniowanie Czerenkowa w 2D. Doszło nie tylko do obserwacji, ale i pobicia rekordu

Jak przekonują badacze, jeszcze kilka lat temu odkrycie tego nadmiarowego promieniowania gamma było niemożliwe, bowiem nie mieliśmy odpowiednich technik do prowadzenia takich obserwacji. Wszystkie obserwatoria, które prowadzą programy badawcze w tym zakresie promieniowania, pracują jedynie w nocy, a więc siłą rzeczy nie są w stanie obserwować Słońca. HAWC jednak w przeciwieństwie do nich nigdy nie przerywa obserwacji.

Czym jest obserwatorium HAWC?

Choć zazwyczaj obserwatorium kojarzy się z wielką kopułą i potężnym znajdującym się w jej wnętrzu teleskopem, który obserwuje niebo za pomocą potężnych systemów optycznych, HAWC znacznie się od nich różni. Cały system składa się z sieci 300 potężnych zbiorników wodnych, w których znajduje się po 200 ton wody. Cała sieć została zbudowana między dwoma szczytami wulkanicznymi, na wysokości 4000 metrów nad poziomem morza w Meksyku. Taki nietypowy instrument obserwacyjny jest w stanie obserwować skutki uderzeń promieni gamma w cząstki tworzące górne warstwy atmosfery. Każde takie zderzenie powoduje powstanie swoistych rozpadów cząstek powietrza, które są całkowicie niewidoczne dla ludzkiego oka.

HAWC nie jest w stanie zaobserwować samych cząstek gamma pochodzących ze Słońca. Jest w stanie natomiast dostrzec mniej energetyczne cząstki będące niejako skutkami zderzeń promieni gamma z powietrzem.

Kiedy takie cząstki docierają w końcu do zbiorników, z których składa się HAWC dochodzi do emisji promieniowania Czerenkowa, które rejestrowane jest przez instrumenty obserwacyjne umieszczone na ścianach każdego ze zbiorników.

Na przestrzeni sześciu lat od 2015 do 2021 roku obserwatorium HAWC zebrało wystarczająca ilość danych, aby można było rozpocząć badanie promieniowania gamma docierającego do Ziemi ze Słońca.

Wyniki tych badań były zaskakujące. Naukowcy ze zdziwieniem odkryli, że ze Słońca dociera do nas znacznie więcej tego promieniowania, niż się spodziewano. Różnica była na tyle duża, że naukowcy początkowo uznali to za błąd obserwacyjny.

O ile promieniowanie widzialne emitowane przez Słońce w procesach fuzji jądrowej przenosi energię ok. 1 eV, o tyle promienie gamma obserwowane przez HAWC, przenoszą 1 TeV, czyli około tysiąca miliardów elektronowoltów. Naukowców zaskoczył nie tylko ten poziom energii, ale także przede wszystkim ilość docierającego do Ziemi promieniowania tego typu.

Trzy dekady temu naukowcy przewidywali, że Słońce może emitować promienie gamma na przykład wtedy, gdy promienie kosmiczne rozpędzone przez czarną dziurę czy supernową uderzają w protony na Słońcu. Wtedy jednak zakładano, że zarejestrowanie promieni gamma ze Słońca byłoby niezwykle małoprawdopodobne. Problem w tym, że wtedy jeszcze nie istniały instrumenty pozwalające zarejestrować takie promieniowanie.

Powstałe dopiero dekadę temu kosmiczne obserwatorium Fermiego jako pierwsze mogło badać promieniowanie gamma, ale tylko do energii rzędu 200 miliardów elektronowoltów. Już ten instrument przyniósł sporo zaskoczenia. Okazało się bowiem, że w kosmosie jest siedem razy więcej takiego promieniowania, niż oczekiwano. Powstało zatem pytanie, czy istnieje promieniowanie gamma jeszcze bardziej energetyczne.

Najnowsze obserwacje promieniowania gamma ze Słońca wskazują, że granicą może być dopiero poziom 10 TeV, czyli dziesięciu tysięcy miliardów elektronowoltów. I ze Słońca tego wysokoenergetycznego promieniowania dociera do nas znacznie więce,j niż przypuszczano.

Obserwatorium HAWC stanowi zatem fantastyczny instrument do dalszych badań. Po raz kolejny astronomowie dowiedzieli się, że o kosmosie wiemy tylko trochę, a przed nami jeszcze ocean odkryć, które będą wprawiały naukowców w zdumienie jeszcze przez stulecia.