10 年に及ぶ太陽の望遠鏡観測により、驚くべき謎が明らかになりました。光の最高周波数波であるガンマ線は、予想よりも 7 倍多く、最も近い星から放射されています。さらに奇妙なことに、全体的にガンマ線が極端に過剰であるにも関わらず、奇妙なことに周波数の狭い帯域幅は存在しません。
余剰光、スペクトルのギャップ、および太陽ガンマ線信号に関するその他の驚きは、太陽の磁場の未知の特徴、またはよりエキゾチックな物理学を示している可能性があります。
イリノイ大学アーバナ シャンペーン校の素粒子天体物理学者であるブライアン フィールズは、次のように述べています。
予想外の信号が、地球低軌道の前哨基地から空をスキャンする NASA の天文台であるフェルミ ガンマ線宇宙望遠鏡からのデータに現れました。より多くのフェルミ データが蓄積され、太陽から来るガンマ線のスペクトルがますます詳細に明らかになるにつれて、パズルは増殖する一方です。
太陽ガンマ線信号に関する数年間の発見をまとめた最近の白書の共著者であるオハイオ州立大学のアニカ・ピーターは、「私たちは驚くべきことを発見し続けました。 「これは間違いなく、私が今まで取り組んだ中で最も驚くべきことです。」
ガンマ線信号は、数十年前の理論が予測するよりもはるかに強いだけではありません。また、予測よりもはるかに高い周波数まで広がっており、太陽の表面全体および 11 年の太陽周期全体で不可解に変化しています。次に、研究者が「ディップ」と呼ぶギャップがあります。これは、周波数が約 10 兆ヘルツのガンマ線の欠如です。信号の分析に協力したオハイオ州立大学の素粒子天体物理学者であるティム・リンデンは、次のように述べています。
この作業に関与していないフィールズ氏は、「彼らはデータを使って素晴らしい仕事をしており、それが伝えるストーリーは本当に驚くべきものです。」と述べています。
物語の主役と思われるのは、宇宙線と呼ばれる粒子です。これは通常、遠く離れた超新星やその他の爆発の衝撃波によって太陽系に打ち込まれた陽子です。
物理学者は、太陽が内部からガンマ線を放出しているとは考えていません。 (コアの核融合はそれらを生成しますが、太陽を離れる前に散乱して低エネルギーの光に格下げします。) しかし、1991 年に、デラウェア大学の物理学者 David Seckel、Todor Stanev、Thomas Gaisser は、太陽はそれにもかかわらず、宇宙空間から勢いよく飛び込んでくる宇宙線のために、ガンマ線で光るでしょう.
デラウェア州のトリオは、時折、太陽に向かって急降下する宇宙線が、太陽のループ状でねじれた磁場によって最後の 1 秒で「映し出される」、または向きを変えることがあると主張しました。 「ロード・ランナーの漫画を覚えていますか?」オハイオ州立大学の教授であり、信号分析のリーダーの 1 人であるジョン ビーコムは、次のように述べています。 「陽子がその球に向かって真っ直ぐ走り、最後の1秒で方向を変えてあなたに戻ってくると想像してください。」しかし、宇宙線はその途中で太陽大気中のガスと衝突し、ガンマ線の嵐となって消えていきます。
宇宙線が太陽系に入る速度、推定される太陽磁場の強度、大気の密度、およびその他の要因に基づいて、Seckel らは、ミラーリング プロセスが約 1% 効率的であると計算しました。彼らは、ガンマ線のかすかな輝きを予測しました.
それでも、フェルミ望遠鏡は、この宇宙線理論が予測するよりも平均して、太陽円盤から来るガンマ線を 7 倍多く検出します。そして信号は、最高周波数のガンマ線で予測されるよりも 20 倍も強くなります。 「このプロセスは、高エネルギーで 100% の効率と一致することがわかりました」と Linden 氏は述べています。 「入ってくる宇宙線はすべて向きを変える必要があります。」最もエネルギーの高い宇宙線はミラーリングするのが最も難しいはずなので、これは不可解です。
そして、Seckel、Stanev、Gaisser のモデルは、落ち込みについて何も述べていません。 Seckel 氏によると、滑らかなエネルギー スペクトルを持つ宇宙線から始めると、ガンマ線スペクトルの深くて狭い落ち込みがどのように発生するかを想像するのは困難です。一般的にディップを取得するのは難しいと彼は言いました。太陽から出てくるものがあれば、OK、それは追加のチャンネルです。そこからネガティブなチャンネルを作るにはどうすればいいですか?」
おそらく、ガンマ線の強い輝きは、運命の宇宙線以外の源を反映しています.しかし、物理学者たちは何が何なのか想像するのに苦労してきました。彼らは長い間、太陽の核に暗黒物質が潜んでいる可能性があると考えてきました。そして、暗黒物質の粒子が重力によって引き込まれて閉じ込められた後、そこで互いに消滅するのに十分な密度になっている可能性があります。しかし、中心部の暗黒物質を消滅させることによって生成されたガンマ線は、太陽から逃れる前にどのように散乱を回避できるのでしょうか?ガンマ線信号を暗黒物質に関連付ける試みは、「ルーブ・ゴールドバーグ型のもののように見える」とセッケルは述べた.
信号のいくつかの側面は、宇宙線と 1991 年の理論の大まかな流れを示しています。
たとえば、フェルミ望遠鏡は、磁場が最も穏やかで最も整然とした太陽の 11 年サイクルのフェーズである太陽活動極小期に、より多くのガンマ線を検出します。宇宙線が発生源であるならば、これは理にかなっている、と専門家は言います。太陽活動極小期には、より多くの宇宙線が太陽の表面近くの強力な磁場に到達し、鏡像化されます。他の時期に太陽系内部に浸透する磁力線のもつれた乱れによって時期尚早に偏向されることはありません。
一方、検出されたガンマ線は、宇宙線とは異なる速度で周波数の関数として減衰します。宇宙線が発生源である場合、2 つの速度は一致すると予想されます。
宇宙線がガンマ線信号全体を説明するかどうかにかかわらず、アリゾナ大学の太陽圏物理学者であるジョー・ジャカローネは、この信号は「おそらく太陽の磁気構造について非常に基本的なことを教えてくれるだろう」と述べています。太陽は最も広く研究されている恒星ですが、太陽内部の荷電粒子の渦巻きによって生成されるその磁場はほとんど理解されておらず、恒星がどのように機能するかについてのぼやけた画像が残されています。
Giacalone は、太陽を取り囲むかすかなプラズマエンベロープであるコロナを指しています。宇宙線を効率的に反映するために、コロナの磁場はおそらく科学者が考えていたよりも強く、異なる方向に向いていると彼は言った.しかし、衝突が発生するのに十分なほど大気が密集しているゾーンに宇宙線が入る前に、宇宙線があまりにも早くミラーリングされないように、コロナ磁場は太陽の表面の非常に近くでのみ強くなければならない.そして磁場は、太陽極小期の赤道付近で特に強くなるようです。
磁場の構造に関するこれらの新鮮な手がかりは、太陽周期の長年の謎を解明するのに役立つ可能性があります.
「11 年ごとに、太陽の磁場全体が反転します」と、フェルミの科学的共同研究の一部であるスタンフォード大学の上級科学者であるイゴール・モスカレンコは述べています。 「北の代わりに南があり、南の代わりに北がある。これは劇的な変化です。太陽は巨大であり、なぜこの極性の変化が観察され、なぜそれがそれほど周期的であるかは実際には誰にもわかりません。」宇宙線とそれらが生成するガンマ線のパターンは、「この非常に重要な質問に答えるかもしれません。なぜ太陽は 11 年ごとに極性を変えているのでしょうか?」
しかし、太陽の磁場がどのようにしてガンマ線スペクトルの 10 兆兆ヘルツの低下を引き起こすかについては、正確な推測はできません。一部の専門家はそれが本物であると疑うほど珍しい機能です.しかし、その周波数付近にガンマ線が存在しないことが誤算またはフェルミの装置の問題である場合、誰も原因を突き止めていません。スタンフォード大学の天体物理学者であり、フェルミ チームのメンバーであるエレナ オーランドは、「それは何らかの道具的効果ではないようです。」
Peter、Linden、Beacom、およびその共同研究者は、昨年、フェルミのデータの低下を発見したとき、発見を公開する前にそれを取り除こうと懸命に努力しました。 「計算が間違っているかどうかを確認するために実行したさまざまなテストの付録には、15 ページあると思います」と Linden 氏は述べています。 「統計的に、落ち込みは非常に顕著に見えます。」
ただし、オーランドは、空を通る太陽の動きがデータ分析を非常に困難にすることを強調しました。彼女は知っているはずです。彼女と共同研究者は、フェルミの前身である EGRET 衛星を使用して、2008 年に太陽から来るガンマ線の流れを初めて発見しました。オーランドは、フェルミの太陽ガンマ線データの処理にも中心的に関与しています。彼女の見解では、スペクトルの落ち込みが本物であることを確認するには、より多くのデータと独立した分析が必要になるでしょう.
ソーラーパネルの故障により、フェルミ望遠鏡は昨年、ほとんど太陽から遠ざかりましたが、回避策が見つかりました。ちょうど太陽極小期に間に合いました。太陽の磁力線は現在、極から極へと整然と曲がっています。この太陽活動極小期が前回のようなものである場合、ガンマ線信号は現在最も安定しています。 「それがこれをとてもエキサイティングにしている理由です」とリンデンは言いました。 「現在、私たちは太陽極小期のピークに達したばかりなので、多くの望遠鏡でより高エネルギーの [ガンマ線] 放出が見られることを願っています。」
今回は、フェルミとともに、HAWC（高高度水チェレンコフ実験）という山頂観測所がデータを取ります。 HAWC は、フェルミよりも高い周波数でガンマ線を検出するため、より多くの信号が明らかになります。宇宙線は正に帯電したままですが、太陽の北極と南極が逆転しているため、科学者はガンマ線の空間パターンが 11 年前と比較して変化するかどうかも知りたがっています。
これらの手がかりは、太陽の謎を解くのに役立つ可能性があります。 HAWC の科学者は、最初の発見を 1 年以内に報告したいと考えており、フェルミ共同研究の内外の科学者は、すでに蓄積されたデータを精査し始めています。 NASA は公的資金を受けているため、「一目見ようと思えば誰でもダウンロードできます」と、フェルミの新しいデータをほぼ毎日ダウンロードしている Linden 氏は述べています。
「ここで起こりうる最悪の事態は、太陽が私たちが想像していたよりも奇妙で美しいことに気付くことです」と Beacom 氏は述べています。 「そして、起こりうる最高のことは、ある種の新しい物理学を発見することです。」
この記事は、Investigacionyciencia.es でスペイン語で転載されました .
