Bildekreditt: NASA
Astronomer mener at Solen skaper og ødelegger antimateriell som en del av sin naturlige prosess med fusjonsreaksjon, men nye observasjoner fra NASAs Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) romfartøy har gitt ny innsikt i prosessen. Antimaterialet dannes i solfakser når raskt bevegelige partikler akselerert av fakkelet knuses til saktere bevegelige partikler i solens atmosfære (nok antimaterie skapes i bare én bluss til å drive USA i to år). Overraskende nok blir ikke antimaterien ødelagt med en gang; i stedet blir den ført av fakkel til en annen region av sola før den blir ødelagt.
Det beste utseendet ennå på hvordan en soleksplosjon blir en antimateriefabrikk ga uventede innsikter i hvordan de enorme eksplosjonene fungerer. Observasjonen kan forstyrre teorier om hvordan eksplosjonene, kalt solfakkel, skaper og ødelegger antimaterie. Det ga også overraskende detaljer om hvordan de sprenger subatomære partikler til nesten lysets hastighet.
Solfanger er blant de kraftigste eksplosjonene i solsystemet; den største kan frigjøre så mye energi som en milliard kjernefysiske bomber. Et team av forskere brukte NASAs Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) romfartøy for å ta bilder av en solfakkel 23. juli 2002 ved å bruke fakkelens høye energi røntgenstråler og gammastråling.
"Vi tar bilder av fakler i en helt ny farge, en usynlig for det menneskelige øye, så vi forventer overraskelser, og RHESSI ga oss et par allerede," sa Dr. Robert Lin, fakultetsmedlem i Institutt for fysikk ved University of California, Berkeley, som er hovedetterforsker for RHESSI.
Gamma-stråler og røntgenstråler er de mest energiske formene for lys, med en partikkel gammastråle-lys øverst på skalaen som fører millioner til milliarder ganger mer energi enn en partikkel med synlig lys. Resultatene er del av en serie artikler om RHESSI-observasjonen som skal publiseres i Astrophysical Journal Letters 1. oktober.
Antimaterier ødelegger normal materie i et energiutbrudd, og inspirerer science fiction-forfattere til å bruke den som en ekstremt kraftig kilde for å drive stjerneskip. Nåværende teknologi skaper bare små mengder, vanligvis i milelange maskiner som brukes til å knuse atomer sammen, men forskere oppdaget at fakkelet fra juli 2002 skapte et halvkil kilo antimaterie, nok til å drive hele USA i to dager. I følge RHESSI-bilder og -data ble ikke dette antimateriet ødelagt der det var forventet.
Antimateria kalles ofte “speilbilde” av vanlig materie, fordi for hver type vanlig materiepartikkel kan det opprettes en antimateriellpartikkel som er identisk med unntak av en motsatt elektrisk ladning eller andre grunnleggende egenskaper.
Antimateria er sjelden i dagens univers. Imidlertid kan det skapes i høyhastighetskollisjoner mellom partikler av vanlig materie, når noe av energien fra kollisjonen går til produksjon av antimateriale. Antimaterie skapes i fakler når de raskt bevegelige partiklene akselererte under fakkelet kolliderer med tregere partikler i solens atmosfære.
I henhold til fakkelteori, skjer disse kollisjonene i relativt tette regioner av solatmosfæren, fordi mange kollisjoner er nødvendige for å produsere betydelige mengder antimaterie. Forskere regnet med at antimaterialet ville bli utslettet i nærheten av de samme stedene, siden det er så mange partikler med vanlig stoff å støte på. "Antimatter burde ikke komme langt," sa Dr. Gerald Share fra Naval Research Laboratory, Washington, D.C., hovedforfatter av et dokument om RHESSIs observasjoner av ødeleggelsen av antimateriell i blusset 23. juli.
I en kosmisk versjon av skallspillet ser det imidlertid ut som om denne blusset kan ha blandet antimatter rundt seg, produsert det på ett sted og ødelagt det på et annet. RHESSI tillot den mest detaljerte analysen til dags dato for gammastrålene som ble avgitt når antimateriell ødelegger vanlig stoff i solatmosfæren. Analysen indikerer at fakkelens antimaterie kan ha blitt ødelagt i regioner der høye temperaturer gjorde partikkeltettheten 1000 ganger lavere enn der antimaterialet burde vært opprettet.
Alternativt er det kanskje ikke noe "skallspill" i det hele tatt, og fakler er i stand til å skape betydelige mengder antimaterie i mindre tette regioner, eller fakler kan på en eller annen måte være i stand til å opprettholde tette regioner til tross for høye temperaturer, eller antimaterialet ble opprettet "på løpe ”i høye hastigheter, og høyhastighetsopprettelsen ga utseendet til et område med høy temperatur, ifølge teamet.
Solfakser er også i stand til å sprenge elektrisk ladede partikler i solens atmosfære (elektroner og ioner) til nesten lysets hastighet (ca. 186.000 miles per sekund eller 300.000 km / sek.). Den nye RHESSI-observasjonen avdekket at solbrønner på en eller annen måte sorterer partikler, enten etter deres masser eller deres elektriske ladning, mens de driver dem til ultrahøye hastigheter.
"Denne oppdagelsen er en revolusjon i vår forståelse av solfakkel," sa Dr. Gordon Hurford fra University of California, Berkeley, som er hovedforfatter av et av femten artikler om denne forskningen.
Solatmosfæren er en gass av elektrisk ladede partikler (elektroner og ioner). Siden disse partiklene føler magnetiske krefter, blir de begrenset til å strømme langs magnetiske felt som gjennomsyrer solens atmosfære. Det antas at soloppblussing skjer når magnetfelt i solens atmosfære blir vridd og plutselig klikkes til en ny konfigurasjon, som et gummibånd som brytes når det blir overstrukket. Dette kalles magnetisk tilkobling.
Tidligere trodde forskere at partiklene i solatmosfæren ble akselerert da de ble dratt sammen med magnetfeltet mens de knakk til en ny form, som en stein i en sprettert. Imidlertid, hvis det var så enkelt, ville alle partiklene blitt skutt i samme retning. De nye observasjonene fra RHESSI viser at det ikke er slik; tyngre partikler (ioner) havner på et annet sted enn lettere partikler (elektroner).
"Resultatet er like overraskende som gullgruvearbeidere som sprengte et klippe ansikt og oppdaget at eksplosjonen kastet all skitten i en retning og alt gullet i en annen retning," sier Dr. Craig DeForest, en solforsker ved South West Research Inst. Boulder, Colo.
Midlene som fakler sorterer etter masse er ukjent; ifølge teamet er det mange mulige mekanismer. Alternativt kan partiklene sorteres etter deres elektriske ladning, siden ioner er positivt ladet og elektroner negativt ladet. Hvis dette er tilfelle, vil det måtte genereres et elektrisk felt i fakkel, siden partikler beveger seg i forskjellige retninger i et elektrisk felt i henhold til deres ladning. I begge tilfeller gir magnetisk tilkobling fremdeles energien, men akselerasjonsprosessen er mer kompleks.
Ledet som tipset forskere om denne overraskende oppførselen var RHESSI-observasjonen om at gammastråler fra 23. juli-fakkel ikke ble sendt ut fra de samme stedene som ga ut røntgenstrålene, slik teorien forutsier. I henhold til fakkelteorier om solenergi blir elektroner og ioner akselerert til høye hastigheter under fakkel og kjører nedover bueformede magnetiske strukturer. Elektronene smeller inn i den tettere solatmosfæren nær de to fotpunktene til buene, og avgir røntgenstråler når de møter elektrisk ladede protoner der som avleder dem. Gamma-stråler bør sendes ut fra de samme stedene når høyhastighetsionene også krasjer i disse områdene.
Mens RHESSI observerte to røntgenstrålende regioner ved fotpunktene, oppdaget den bare en diffus gammastråle-glød sentrert på et annet sted rundt 15.000 kilometer sør for røntgenområdene.
"Hver nye oppdagelse viser at vi bare begynner å forstå hva som skjer i disse gigantiske eksplosjonene," sier Dr. Brian Dennis fra NASAs Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md., Som er misjonsforsker for RHESSI. RHESSI ble lansert 5. februar 2002, med University of California, Berkeley, ansvarlig for de fleste aspekter av oppdraget, og NASA Goddard ansvarlig for programstyring og teknisk tilsyn.
Kilde: NASA News Release
