Sluneční erupce patří k nejsilnějším výbuchům v naší sluneční soustavě, ale navzdory jejich obrovské energii, která se rovná výbuchu sta miliard atomových bomb najednou, fyzikové stále nedokázali přesně odpovědět na otázku, jak jsou tyto náhlé erupce na Slunci schopny během necelé hodiny vystřelit částice na Zemi vzdálenou téměř 93 milionů kilometrů. (Foto: Flickr / ilustrační)

Nyní vědci z New Jersey Institute of Technology (NJIT) ve studii publikované 8. června v časopise Nature přesně určili místo, kde jsou nabité částice slunečních erupcí urychleny na rychlost blízkou rychlosti světla.

Nová zjištění, která umožnila pozorování sluneční erupce třídy X v roce 2017 radioteleskopem EOVSA (Expanded Owens Valley Solar Array) na NJIT, odhalila vysoce účinný urychlovač částic, který se nachází na špičce nejjasnějšího bodu erupce ve vnější atmosféře Slunce, tzv. oblasti „cusp“ erupce, kde se okolní plazma exploze mění na vysoce energetické elektrony.

Vědci tvrdí, že objev této oblasti, jejíž objem je téměř dvakrát větší než objem Země, by mohl otevřít nové dveře pro zkoumání základních procesů urychlování částic všudypřítomných ve vesmíru.

„Výsledky této studie pomáhají vysvětlit dlouholetou záhadu, jak mohou sluneční erupce vyprodukovat tolik energie během pouhých několika sekund,“ řekl Gregory Fleishman, odpovídající autor článku a významný profesor fyziky v Centru pro výzkum slunečního a pozemského záření na NJIT.

„Erupce uvolňuje svou sílu v mnohem větší oblasti Slunce, než předpokládá klasický model slunečních erupcí. Ačkoli jiní předpokládali, že k tomu musí dojít, je to poprvé, kdy byla identifikována konkrétní velikost, tvar a umístění této klíčové oblasti a změřena účinnost přeměny energie na urychlení částic uvnitř erupce.“

Objev navazuje na samostatné studie z roku 2020 publikované v časopisech Science a Nature Astronomy, kde podrobné snímky erupce a změn v magnetickém poli Slunce pořízené EOVSA – pořízené na stovkách rádiových frekvencí najednou – původně poskytly týmu NJIT vodítko k určení místa.

„Naše nedávné studie naznačovaly, že by cusp erupce mohl být místem, kde vznikají takové vysokoenergetické elektrony, ale nebyli jsme si jistí,“ vysvětlil Bin Chen, docent NJIT a spoluautor článku. „Původně jsme v tomto místě odhalili strukturu podobnou magnetické láhvi, která obsahovala ohromně velké množství elektronů ve srovnání s jakýmkoli jiným místem ve vzplanutí, ale nyní díky novým měřením této studie můžeme s větší jistotou říci, že se jedná o urychlovač částic ve vzplanutí.“

S využitím unikátních možností mikrovlnného zobrazování EOVSA byl tým schopen změřit energetické spektrum elektronů na stovkách míst sluneční erupce třídy X, kterou 10. září 2017 vyvolala změna konfigurace magnetických siločar podél povrchu Slunce.

„Spektrální snímky EOVSA nám poskytly komplexní mapu tepelného plazmatu erupce, které se vyvíjelo vteřinu po vteřině. K našemu překvapení jsme však v mapě termálního plazmatu objevili záhadnou díru, která se začala vyvíjet v okamžiku vzplanutí,“ uvedl Gelu Nita, profesor NJIT a spoluautor článku. „A co víc, jakmile tepelné částice v této oblasti zmizely, díra se následně hustě zaplnila netermálními, vysokoenergetickými částicemi.“

Analýza týmu vynesla na světlo neuvěřitelně účinný proces přeměny energie v urychlovači částic sluneční erupce, kde se intenzivní energie z magnetických polí Slunce rychle uvolňuje a přechází na kinetickou energii uvnitř oblasti.

„Zajímalo nás, jak účinný tento proces přeměny energie bude… kolik částic v této oblasti bude urychleno nad rámec tepelné energie exploze?“ dodal Sijie Yu, spoluautor studie a odborný asistent NJIT. „Pomocí dat z extrémního ultrafialového záření Slunce jsme potvrdili, že uvnitř oblasti nezůstaly prakticky žádné částice s tepelnou energií nižší než několik milionů kelvinů, což je v souladu s měřením EOVSA, podle kterého byly všechny částice urychleny na netepelnou energii vyšší než 20 keV, tedy téměř 100 milionů kelvinů.“

Tým nyní tvrdí, že tato nejnovější zjištění by mohla vědcům pomoci při studiu základních otázek částicové fyziky, které na Zemi nejsou možné, a také nabídnout nový pohled na to, jak mohou takové vysokoenergetické částice ze Slunce ovlivnit Zemi během budoucích událostí kosmického počasí.

„Důležitým aspektem této studie je, že zaměřuje pozornost teoretiků na přesné místo, kde dochází k uvolňování většiny energie a urychlování částic, a poskytuje kvantitativní měření pro orientaci numerických modelů,“ říká Dale Gary, významný profesor NJIT a ředitel EOVSA. „Abychom však naše měření rozšířili na mnohem širší oblasti erupcí a slabší, ale častější erupce, vyvíjíme rádiovou soustavu nové generace, určenou pro sluneční záření, nazvanou Freq