과학자들은 '최고'를 감지

Jul 03, 2023

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최근 태양에서 나오는 가장 높은 에너지의 빛이 발견되어 과학자들은 당혹스러워졌습니다.

새로운 발견은 미시간 주립대학교 연구진이 평가한 6년간의 데이터를 기반으로 합니다.

태양에서 감지된 감마선으로 알려진 이러한 유형의 빛은 과학자들이 예상했던 것보다 훨씬 더 밝습니다.

“태양은 우리가 알고 있던 것보다 더 놀랍습니다. 우리는 이 별을 알아냈다고 생각했지만 사실은 그렇지 않았습니다.”라고 연구 공동 저자인 Mehr Un Nisa는 공식 발표에서 말했습니다.

태양은 여러 파장의 에너지를 방출하며, 그 중 하나는 1전자볼트의 에너지를 전달하는 가시광선입니다.

1990년대부터 과학자들은 블랙홀이나 초신성에서 나오는 고에너지 우주선이 태양의 양성자와 충돌할 때 태양에서 감마선이 생성될 수 있다고 추측해 왔습니다. 그러나 과학자들은 이러한 감마선이 지구에 도달하는 것은 극히 드물다고 가정했습니다.

놀랍게도 Nisa와 그녀의 동료들은 1조 전자 볼트, 즉 1테라 전자 볼트(간단히 1 TeV)의 비정상적으로 높은 에너지를 가진 감마선을 발견했습니다.

“6년간의 데이터를 살펴본 결과, 과도한 감마선이 나타났습니다. 처음 봤을 때 우리는 다음과 같았습니다. 우리가 확실히 이걸 망쳤어. 태양이 이 에너지로 이렇게 밝을 수는 없어요.” Nisa가 말했습니다.

2011년 NASA의 페르미 감마선 우주망원경이 도착해 10억 전자볼트가 넘는 엄청난 에너지를 지닌 감마선을 최초로 관측했다.

페르미가 태양의 감마선을 측정한 결과 최대 에너지는 약 2000억 전자볼트인 것으로 추정되었습니다.

새로운 연구는 감마선 에너지가 이 수치를 훨씬 초과할 수 있음을 보여줍니다. 실제로 최대값은 TeV 범위(약 10TeV)까지 확장될 수 있습니다.

그러나 과학자들은 이러한 감마선이 어떻게 그렇게 엄청나게 높은 에너지를 획득하는지 여전히 확신하지 못하고 있습니다.

조던 A. 굿맨/위키미디어 공용

저자에 따르면, 감마선은 대기에서 볼 수 있는 "알 수 없는 신호"를 남깁니다.

전문 고고도 수위 체렌코프 관측소(HAWC)가 이 신호를 식별했습니다.

HAWC는 기존 망원경과 다릅니다. 300개의 거대한 물 탱크로 구성된 네트워크를 사용하며 각 탱크에는 약 200톤의 물이 담겨 있습니다. 이 네트워크는 멕시코의 두 휴화산 정상 사이 해발 13,000피트 이상 높이에 위치해 있습니다.

“이 유리한 지점에서 대기 중 공기에 닿는 감마선의 여파를 관찰할 수 있습니다. 이러한 충돌은 육안으로 감지할 수 없는 입자 폭발과 약간 유사한 에어 샤워라고 불리는 현상을 생성합니다.”라고 릴리스에서 설명했습니다.

샤워 입자가 HAWC 탱크의 물에 도달하면 천문대의 장비를 사용하여 감지할 수 있는 체렌코프 방사선이라고 알려진 것을 생성합니다.

“현재 발견은 답변보다 더 많은 질문을 만들어냅니다. 태양과학자들은 이제 이 감마선이 어떻게 그렇게 높은 에너지를 달성하는지, 그리고 태양 자기장이 이 현상에서 어떤 역할을 하는지에 대해 머리를 긁적일 것입니다.”라고 그들은 결론을 내렸습니다.

이 연구는 Physical Review Letters 저널에 게재되었습니다.

연구 개요:

우리는 HAWC(High Altitude Water Cherenkov) 천문대의 6.1년간의 데이터를 기반으로 태양 디스크(6.3σ)에서 TeV γ-선 플럭스의 첫 번째 감지를 보고합니다. 0.5–2.6 TeV 스펙트럼은 A=(1.6±0.3)×10−12 TeV−1 cm−2 s−1인 거듭제곱 법칙 dN/dE=A(E/1 TeV)−γ에 잘 맞습니다. γ=3.62±0.14. 플럭스는 태양 활동과의 반상관을 강하게 나타냅니다. 이러한 결과는 Fermi-LAT로 관찰한 원반의 밝고 단단한 GeV 방출을 확장한 것으로 보이며, 이는 태양 대기의 핵에 쏟아지는 강입자 은하 우주 광선 때문인 것으로 보입니다. 그러나 현재의 이론적 모델은 태양 자기장이 이러한 상호 작용을 어떻게 형성하는지 자세히 설명할 수 없습니다. HAWC의 TeV 감지는 태양광 디스크 방출의 신비를 더욱 심화시킵니다.