有史以来能量最高的太阳伽马射线

令科学家感到疑惑与惊讶

来源2023-10-28cnBeta.COM   ugmbbc 的报道 

研究人员发现了迄今为止从太阳中观测到的最高能量的光线，即伽马射线，其亮度超过了之前的预期。这一发现是通过六年的数据得出的，它挑战了以前的理解，并提出了有关太阳过程及其磁场的问题。

物理学家探测到了有史以来观测到的来自太阳的最强光。有时候，在光天化日之下才是隐藏秘密的最佳场所。问问太阳就知道了。

太阳比我们所知道的更令人惊讶，密歇根州立大学博士后助理研究员梅尔-乌恩-尼萨（Mehr Un Nisa）说。"我们以为我们已经搞清楚了这颗恒星，但事实并非如此。"

即将加入密歇根州立大学教师队伍的尼萨是《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上一篇新论文的通讯作者，这篇论文详细介绍了从太阳观测到的最高能量光的发现。

这一发现背后的国际团队还发现，这种被称为伽马射线的光亮度惊人。也就是说，它的数量比科学家们之前预计的要多。

虽然高能量的光线没有到达地球表面，但这些伽马射线却产生了明显的信号，尼萨和她的同事们利用高空水切伦科夫天文台（HAWC）探测到了这些信号。高空水切伦科夫天文台由美国国家科学基金会和国家人文科学与技术委员会资助，是故事的重要组成部分。与其他天文台不同，它全天候工作。

自然科学学院物理与天文学系的尼萨说："我们现在拥有的观测技术在几年前是不可能实现的。在这种特殊的能量机制下，其他地面望远镜无法观测太阳，因为它们只能在夜间工作。"我们的望远镜全天候工作。"

除了工作方式与传统望远镜不同之外，HAWC 的外观也与普通望远镜大相径庭。HAWC 使用的不是装有玻璃镜片的管道，而是一个由 300 个大型水箱组成的网络，每个水箱装有约 200 公吨的水。该网络位于墨西哥两座休眠火山山顶之间，海拔超过 13000 英尺。

从这个制高点，它可以观测到伽马射线撞击大气层中空气的后果。这种碰撞会产生所谓的空气阵雨，有点像肉眼无法察觉的粒子爆炸。

原始伽马射线的能量被释放出来，并在由低能量粒子和光组成的新碎片中重新分配。HAWC 能够"看到"的正是这些粒子，以及它们在下落过程中产生的新粒子。当粒子与 HAWC 水箱中的水发生作用时，它们会产生所谓的切伦科夫辐射，这种辐射可以通过天文台的仪器探测到。

尼萨和她的同事们从 2015 年开始收集数据。2021 年，研究小组已经积累了足够的数据，可以开始对太阳的伽马射线进行足够仔细的研究。

"在查看了六年的数据后，突然出现了这种过量的伽马射线，"尼萨说。"当我们第一次看到它时，我们想，"这肯定是我们弄错了。在这种能量下，太阳不可能这么亮。"

太阳发出的光能量范围很大，但有些能量比其他能量更丰富。例如，通过核反应太阳提供了大量可见光，也就是我们看到的光。这种光的能量约为 1 电子伏特，在物理学中是一种方便的测量单位。

尼萨和她的同事们观测到的伽马射线的能量约为 1 万亿电子伏特，即 1 太电子伏特，缩写为 1 TeV。这个能量水平不仅令人惊讶，而且他们看到如此多的伽马射线也令人惊讶。

20 世纪 90 年代，科学家们曾预测，当高能宇宙射线--由黑洞或超新星等宇宙动力加速的粒子--撞击太阳中的质子时，太阳会产生伽马射线。但是，根据人们对宇宙射线和太阳的了解，研究人员还假设，很少会看到这些伽马射线到达地球。

不过，当时还没有一种仪器能够探测到这种高能伽马射线，而且在一段时间内也不会有。2011 年，美国国家航空航天局的费米伽马射线太空望远镜首次观测到了能量超过 10 亿电子伏特的伽马射线。

在接下来的几年里，费米任务显示，这些伽马射线不仅能量非常高，而且数量比科学家最初预计的多出七倍。看起来还有更高能量的伽马射线有待发现。

当望远镜发射到太空时，其探测器的大小和能力是有限的，例如费米望远镜对太阳伽马射线的测量最大值约为 2000 亿电子伏特。