Bildkredit: NASA
Astronomer tror att solen skapar och förstör antimateria som en del av sin naturliga process för fusionsreaktion, men nya observationer från NASA: s Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) rymdskepp har gett ny insikt i processen. Antimaterialet bildas i solfällningar när snabbt rörliga partiklar som accelereras av flänsen krossas till långsammare rörliga partiklar i solens atmosfär (tillräckligt antimaterie skapas i bara en flare för att driva USA i två år). Förvånansvärt förstörs inte antimaterialet direkt; istället transporteras den av flänsen till en annan region i solen innan den förstörs.
Det bästa utseendet på hur en solexplosion blir en antimaterielfabrik gav ännu oväntade insikter om hur de enorma explosionerna fungerar. Observationen kan uppröra teorier om hur explosionerna, kallade solfacklar, skapar och förstör antimateria. Det gav också överraskande detaljer om hur de spränger subatomära partiklar till nästan ljusets hastighet.
Solfack är en av de kraftigaste explosionerna i solsystemet; den största kan släppa så mycket energi som en miljard kärnbomber på en megaton. Ett forskargrupp använde NASA: s Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) rymdfarkoster för att ta bilder av en solfällning den 23 juli 2002 med hjälp av blossens högenergi röntgenstrålar och gammastrålning.
"Vi tar bilder av blossar i en helt ny färg, en osynlig för det mänskliga ögat, så vi förväntar oss överraskningar, och RHESSI gav oss ett par redan," sade Dr. Robert Lin, en fakultetsmedlem vid Institutionen för fysik på University of California, Berkeley, som är den huvudsakliga utredaren för RHESSI.
Gamma-strålar och röntgenstrålar är de mest energiska formerna av ljus, med en partikel av gammastrålningsljus högst upp på skalan som transporterar miljoner till miljarder gånger mer energi än en partikel av synligt ljus. Resultaten är en del av en serie artiklar om RHESSI-observationen som kommer att publiceras i Astrophysical Journal Letters 1 oktober.
Antimaterier fördärver normal materia i en spräng av energi, inspirerar science fictionförfattare att använda den som en ytterst kraftfull källa för att driva rymdskepp. Nuvarande teknik skapar bara minutkvantiteter, vanligtvis i milslånga maskiner som används för att krossa atomer tillsammans, men forskare upptäckte att juli-flänsen skapade ett halvkilo (cirka ett pund) antimateria, tillräckligt för att driva hela USA under två dagar. Enligt RHESSI-bilder och -data förstördes inte detta antimateria där det förväntades.
Antimateria kallas ofta "spegelbild" av vanlig materia, eftersom för varje typ av vanlig materiapartikel kan en antimateriapartikel skapas som är identisk med undantag för en motsatt elektrisk laddning eller andra grundläggande egenskaper.
Antimateria är sällsynt i dagens universum. Det kan emellertid skapas i höghastighetskollisioner mellan partiklar av vanligt ämne, när en del av energin från kollisionen går till produktion av antimateria. Antimatter skapas i flares när de snabbt rörliga partiklarna accelererar under flänsen kolliderar med långsammare partiklar i solens atmosfär.
Enligt flare-teorin inträffar dessa kollisioner i relativt täta områden i solatmosfären, eftersom många kollisioner krävs för att producera betydande mängder antimateria. Forskare förväntade sig att antimaterialet skulle förintas nära samma platser, eftersom det finns så många partiklar av vanlig materia att stöta på. "Antimatter borde inte komma långt", säger Dr. Gerald Share från Naval Research Laboratory, Washington, D.C., huvudförfattare till ett papper om RHESSI: s observationer av antimateriella förstörelser i den 23 juli blossan.
Men i en kosmisk version av skalspelet verkar det som om denna blossa kan ha blandat antimatter runt omkring, producerat den på en plats och förstört den på en annan. RHESSI tillät den mest detaljerade analysen hittills av de gammastrålar som släppts ut när antimateriet förstör vanligt ämne i solatmosfären. Analysen indikerar att flares antimateria kan ha förstörts i regioner där höga temperaturer gjorde partikeltätheten 1 000 gånger lägre än där antimaterialet borde ha skapats.
Alternativt finns det kanske inget "skalspel" alls, och flares kan skapa betydande mängder antimateria i mindre täta regioner, eller så kan flares på något sätt kunna upprätthålla täta regioner trots höga temperaturer, eller antimaterialet skapades "på kör ”i höga hastigheter, och höghastighetsskapandet gav utseendet till en högtemperaturregion, enligt teamet.
Solfack kan också spränga elektriskt laddade partiklar i solens atmosfär (elektroner och joner) till nästan ljusets hastighet (cirka 186 000 miles per sekund eller 300 000 km / sek.). Den nya RHESSI-observationen avslöjade att solfällningar på något sätt sorterar partiklar, antingen genom deras massor eller deras elektriska laddning, när de driver dem till ultrahöga hastigheter.
"Denna upptäckt är en revolution i vår förståelse av solstolar," sade Dr. Gordon Hurford från University of California, Berkeley, som är huvudförfattare till ett av femton artiklar om denna forskning.
Solatmosfären är en gas av elektriskt laddade partiklar (elektroner och joner). Eftersom dessa partiklar känner magnetiska krafter är de tvungna att flyta längs magnetfält som genomsyrar solens atmosfär. Det tros att solfällningar inträffar när magnetfält i solens atmosfär vrids och plötsligt fästs till en ny konfiguration, som ett gummiband som bryts när det är översträckt. Detta kallas magnetisk återanslutning.
Tidigare trodde forskare att partiklarna i solatmosfären var påskyndade när de drogs med magnetfältet när det knäpptes till en ny form, som en sten i en slangbult. Men om det var så enkelt skulle alla partiklar skjutas i samma riktning. De nya observationerna från RHESSI visar att detta inte är så; tyngre partiklar (joner) hamnar på en annan plats än lättare partiklar (elektroner).
"Resultatet är lika överraskande som guldgruvar som sprängde en klippans ansikte och upptäckte att explosionen kastade all smuts i en riktning och allt guld i en annan riktning," sade Dr. Craig DeForest, en solforskare vid South West Research Inst. Boulder, Colo.
Det medel som flänsar sorterar partiklar efter massa är okänt; det finns många möjliga mekanismer, enligt teamet. Alternativt kan partiklarna sorteras efter deras elektriska laddning, eftersom joner är positivt laddade och elektroner negativt laddade. Om så är fallet, måste ett elektriskt fält genereras i flänsen, eftersom partiklar rör sig i olika riktningar i ett elektriskt fält beroende på deras laddning. I båda fallen ger magnetisk återanslutning fortfarande energi, men accelerationsprocessen är mer komplex.
Den ledtråd som tippade forskare till detta överraskande beteende var RHESSI-observationen att gammastrålar från 23 juli-flänsen inte släpptes från samma platser som avgivit röntgenstrålarna, som teorin förutspår. Enligt solfackteorier påskyndas elektroner och joner till höga hastigheter under flänsen och rasar ner bågformade magnetiska strukturer. Elektronerna smälter in i den tätare solatmosfären nära bågens två fotspår och avger röntgenstrålar när de möter elektriskt laddade protoner där som avleder dem. Gamma-strålar bör släppas ut från samma platser när höghastighetsjonerna också kraschar i dessa regioner.
Medan RHESSI observerade två röntgenstrålande regioner vid fotpunkterna, så upptäckte den som förväntat bara en diffus gammastrålning som centrerades på en annan plats ungefär 15 000 kilometer (ungefär 9 300 mil) söder om röntgenplatserna.
"Varje ny upptäckt visar att vi bara börjar förstå vad som händer i dessa gigantiska explosioner," sade Dr. Brian Dennis från NASA: s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md., Som är Mission Scientist för RHESSI. RHESSI lanserades 5 februari 2002 med University of California, Berkeley, ansvarig för de flesta aspekter av uppdraget, och NASA Goddard ansvarig för programhantering och teknisk övervakning.
Källa: NASA News Release
