Billedkredit: NASA
Astronomer mener, at Solen skaber og ødelægger antimaterie som en del af sin naturlige proces med fusionsreaktion, men nye observationer fra NASAs Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) rumfartøj har bragt ny indsigt i processen. Antimaterialet dannes i solens lysbrænding, når hurtigt bevægende partikler, der accelereres af fakkel, smadres til langsommere bevægelige partikler i solens atmosfære (der oprettes nok antimaterie i kun én bluss til at drive USA i to år). Overraskende nok ødelægges antimateriet ikke med det samme; i stedet føres den af blusset til en anden region af solen, før den ødelægges.
Det bedste kig endnu på, hvordan en soleksplosion bliver en antimateriel fabrik, gav uventede indsigt i, hvordan de enorme eksplosioner fungerer. Iagttagelsen kan forstyrre teorier om, hvordan eksplosionerne, kaldet solens lysbrande, skaber og ødelægger antimaterie. Det gav også overraskende detaljer om, hvordan de sprænger subatomære partikler til næsten lysets hastighed.
Solfanger er blandt de mest kraftfulde eksplosioner i solsystemet; den største kan frigive så meget energi som en milliard en-megaton atombomber. Et team af forskere brugte NASA's Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) rumfartøj til at tage billeder af en solflare den 23. juli 2002 ved hjælp af fakkelens højenergi-røntgenstråler og gammastråling.
”Vi tager billeder af fakler i en helt ny farve, en usynlig for det menneskelige øje, så vi forventer overraskelser, og RHESSI gav os et par allerede,” sagde Dr. Robert Lin, et fakultetsmedlem i Institut for Fysik ved University of California, Berkeley, der er den vigtigste efterforsker for RHESSI.
Gamma-stråler og røntgenstråler er de mest energiske former for lys, med en partikel af gammastrålelys øverst på skalaen, der bærer millioner til milliarder gange mere energi end en partikel med synligt lys. Resultaterne er en del af en række artikler om RHESSI-observation, der offentliggøres i Astrophysical Journal Letters 1. oktober.
Antimaterier ødelægger normal materie i et energibar, der inspirerer science fiction-forfattere til at bruge det som en meget magtfuld kilde til at drive stjerneskibe. Nuværende teknologi skaber kun små mængder, normalt i milelange maskiner, der bruges til at smadre atomer sammen, men forskere opdagede, at faksen fra juli 2002 skabte et halvkilo (ca. et pund) antimaterie, der var nok til at drive hele USA i to dage. I henhold til RHESSI-billeder og -data blev denne antimaterie ikke ødelagt, hvor det var forventet.
Antimateriale kaldes ofte "spejlbillede" af almindelig stof, fordi der for hver type almindelig stofpartikel kan oprettes en antimateriepartikel, der er identisk bortset fra en modsat elektrisk ladning eller andre grundlæggende egenskaber.
Antimateria er sjældent i nutidens univers. Imidlertid kan det oprettes i højhastighedskollisioner mellem partikler af almindeligt stof, når noget af energien fra kollisionen går til produktion af antimateriale. Antimaterie dannes i fakkel, når de hurtigt bevægende partikler accelererer under fakkelet kolliderer med langsommere partikler i solens atmosfære.
I henhold til flare teori forekommer disse kollisioner i relativt tætte områder af solatmosfæren, fordi mange kollisioner er nødvendige for at producere betydelige mængder antimaterie. Forskere forventede, at antimateriet ville blive udslettet i nærheden af de samme steder, da der er så mange partikler af almindeligt stof at støde på. ”Antimatering skulle ikke komme langt,” sagde Dr. Gerald Share fra Naval Research Laboratory, Washington, D.C., hovedforfatter af et papir om RHESSIs observationer af antimaterielle ødelæggelser i den 23. juli.
I en kosmisk version af shell-spillet ser det imidlertid ud til, at denne blænding muligvis har blandet antimatter rundt omkring, produceret den på et sted og ødelagt den på et andet. RHESSI tilladte den mest detaljerede analyse til dato af gammastrålerne, der udsendes, når antimaterie ødelægger almindeligt stof i solatmosfæren. Analysen indikerer, at fakkelens antimaterie muligvis er blevet ødelagt i regioner, hvor høje temperaturer gjorde partikeltætheden 1000 gange lavere end hvor antimateriet skulle have været oprettet.
Alternativt er der måske ikke noget "shell-spil" overhovedet, og fakkel er i stand til at skabe betydelige mængder antimaterie i mindre tætte regioner, eller fakkel kan på en eller anden måde være i stand til at opretholde tætte regioner på trods af høje temperaturer, eller antimaterialet blev oprettet "på løb ”i høje hastigheder, og skabelsen med høj hastighed gav udseendet som et område med høj temperatur, ifølge teamet.
Solbrændere er også i stand til at sprænge elektrisk ladede partikler i solens atmosfære (elektroner og ioner) til næsten lysets hastighed (ca. 186.000 miles per sekund eller 300.000 km / sek.). Den nye RHESSI-observation afslørede, at solafbrændinger på en eller anden måde sorterer partikler, enten efter deres masser eller deres elektriske ladning, når de driver dem til ultrahøj hastighed.
"Denne opdagelse er en revolution i vores forståelse af solens lysbrande," sagde Dr. Gordon Hurford fra University of California, Berkeley, der er hovedforfatter af et af femten artikler om denne forskning.
Solatmosfæren er en gas af elektrisk ladede partikler (elektroner og ioner). Da disse partikler føler magnetiske kræfter, er de begrænset til at strømme langs magnetfelter, der gennemsyrer solens atmosfære. Det antages, at solbrændinger sker, når magnetiske felter i solens atmosfære bliver snoede og pludselig klikkes til en ny konfiguration, ligesom et gummibånd bryder, når det strækkes over. Dette kaldes magnetisk tilslutning.
Tidligere troede videnskabsmænd, at partiklerne i solatmosfæren blev fremskyndet, da de blev trukket sammen med magnetfeltet, da det knækkede til en ny form, som en sten i en slynge. Men hvis det var så enkelt, ville alle partikler blive skudt i samme retning. De nye observationer fra RHESSI viser, at dette ikke er tilfældet; tyngre partikler (ioner) havner på et andet sted end lettere partikler (elektroner).
"Resultatet er lige så overraskende som guldgruvearbejdere, der sprængede et klippeoverflade og opdagede, at eksplosionen kastede al snavs i en retning og alt guldet i en anden retning," sagde Dr. Craig DeForest, en solforsker ved South West Research Inst. Boulder, Colo.
Det middel, hvorpå fakler sorterer partikler efter masse, er ukendt; der er mange mulige mekanismer, ifølge teamet. Alternativt kunne partiklerne sorteres efter deres elektriske ladning, da ioner er positivt ladede og elektroner negativt ladet. Hvis dette er tilfældet, ville et elektrisk felt skulle frembringes i fakkel, da partikler bevæger sig i forskellige retninger i et elektrisk felt i henhold til deres ladning. I begge tilfælde giver magnetisk genforbindelse stadig energi, men accelerationsprocessen er mere kompliceret.
Den ledetråd, der vidste forskere til denne overraskende opførsel, var RHESSI-observationen, at gammastråler fra 23. juli-flare ikke blev udsendt fra de samme steder, som udsendte røntgenstrålerne, som teorien forudsiger. I henhold til solfladeteorier fremskyndes elektroner og ioner til høje hastigheder under blusset og kører ned ad bueformede magnetiske strukturer. Elektronerne smækker ind i den tættere solatmosfære nær de to fodspor på buerne og udsender røntgenstråler, når de støder på elektrisk ladede protoner der, som afbøjer dem. Gamma-stråler skal udsendes fra de samme steder, når højhastighedsionerne også styrter ind i disse regioner.
Mens RHESSI observerede to røntgenstrålende regioner ved fodpunkterne, registrerede den kun en diffus gammastråleglød centreret på et andet sted omkring 15.000 kilometer (ca. 9.300 miles) syd for røntgenstederne.
”Hver ny opdagelse viser, at vi kun lige er begyndt at forstå, hvad der sker i disse gigantiske eksplosioner,” sagde Dr. Brian Dennis fra NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md., Der er Mission Scientist for RHESSI. RHESSI blev lanceret 5. februar 2002 med University of California, Berkeley, ansvarlig for de fleste aspekter af missionen, og NASA Goddard ansvarlig for programstyring og teknisk tilsyn.
Kilde: NASA News Release
