太阳最高能量光子怎么产生的（科学家发现太阳内部秘密）

有时候，隐藏秘密的最好地方是在光天化日之下。8月3日，美国科学家在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表论文，介绍了迄今为止观测到的能量最高的阳光。这种被称为伽马射线的光线非常明亮，比科学家们预期的要亮得多。

虽然这种高能光没有到达地球表面，但这些伽马射线产生的信号被美国密歇根州立大学博士后研究助理Mehrunisa和墨西哥高海拔水切伦科夫天文台(HAWC)的同事探测到。

"我们现在有了几年前不可能的观测技术."Nisa说，“在这种特殊的能量状态下，其他地面望远镜看不到太阳，因为它们只在晚上工作，而我们则全天工作。”

与其他观测站不同，由国家科学基金会和国家人文科学技术委员会资助的HAWC正在夜以继日地工作。

除了工作方式与传统望远镜不同，HAWC看起来也与传统望远镜大相径庭。HAWC没有使用带有玻璃透镜的水管，而是使用了一个由300个大水箱组成的网络，每个水箱大约装200吨水。该网络位于墨西哥两座休眠火山之间，海拔超过3962米。

从这个有利位置，HAWC可以观察到伽马射线撞击大气层的结果。这种碰撞产生了所谓的空气簇射，有点像肉眼看不到的粒子爆炸。

在这个过程中，原始伽马射线的能量被释放出来，重新分布成由低能粒子和光组成的新碎片。HAWC可以“看到”这些碎片和它们在坠落过程中产生的新粒子。

当簇射粒子与HAWC水箱中的水相互作用时，会产生切伦科夫辐射，天文台的仪器可以探测到这种辐射。

Nisa和同事从2015年开始收集数据。2021年，团队积累了足够的数据，开始全面研究太阳伽马射线。“在分析了这六年的数据后，突然出现了这些高能伽马射线。我们第一眼看到它的时候就想，‘肯定是搞砸了，太阳不可能这么亮’。”妮莎说。

太阳发出的光跨越一系列能级，但有些能量比其他能量更复杂。例如，太阳通过核反应提供大量可见光。这种形式的光携带大约1电子伏特的能量。Nisa和同事们观测到的伽马射线约为1万亿电子伏特(1TeV)，令人惊讶。

在20世纪90年代，科学家预测高能宇宙射线，即被黑洞或超新星加速的粒子，可能在太阳中与质子碰撞后产生伽马射线。然而，基于对宇宙射线和太阳的了解，研究人员假设这些伽马射线到达地球的可能性极低。

但是，当时还没有能够探测到如此高能伽马射线的仪器。2011年，美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜首次观测到能量超过10亿电子伏特的伽马射线。

在接下来的几年中，费米任务表明这些射线不仅能量高，而且比科学家最初预期的高7倍。似乎还有更高能量的伽马射线有待发现。

当望远镜发射到太空时，它的探测器尺寸和功能是有限的。费米望远镜观测到的太阳伽马射线峰值约为2000亿电子伏。

由俄亥俄州立大学的John Beacom和Annika Peter教授领导的一个理论小组希望与HAWC合作研究这个问题。

Nisa表示，该团队首次证明了太阳光线的能量已经扩展到TeV范围，达到了近10TeV，这似乎是最大值。

目前，这一发现带来的疑问多于答案。Nisa表示，太阳科学家现在正在绞尽脑汁，想弄清楚这些伽马射线是如何获得如此高的能量的，以及太阳磁场在这一现象中扮演了什么角色。(李木子)

相关论文信息:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.051201