Ein Team von Wissenschaftlern des New Jersey Institute of Technology (NJIT, USA) und des Institut für Sonnenphysik (KIS) hat eine bisher unbekannte Klasse hochenergetischer Teilchen in der oberen Atmosphäre der Sonne identifiziert. Wie aus den kürzlich in der Zeitschrift “Nature Astronomy” veröffentlichten Forschungsergebnissen hervorgeht, sind die entdeckten Teilchen verantwortlich für die Erzeugung der seit Jahrzehnten bei großen Sonneneruptionen beobachteten, bisher rätselhaften Gammastrahlung.
Während einer starken Sonneneruption der Klasse X8.2 am 10. September 2017 konnten Signale auf einen bestimmten Bereich in der Sonnenkorona zurückgeführt werden, wo Billionen von Teilchen mit Energien von mehreren Millionen Elektronenvolt (MeV) gemessen wurden. Diese Teilchen sind also hunderte bis tausende Male energiereicher als typische Eruptionsteilchen und sie bewegen sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit.
Laut Forschungsteam schließt diese Entdeckung wichtige Lücken im Verständnis der Physik von Sonneneruptionen und könnte die vorhandenen Sonnenaktivitätsmodelle verbessern. Dies würde letztlich die Vorhersage des Weltraumwetters verbessern.
Um die Quelle zu finden, kombinierte das Team Beobachtungen der Eruption von 2017 mithilfe des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops der NASA und Beobachtungen mit dem Expanded Owens Valley Solar Array (EOVSA), einem hochmodernen Radioteleskop-Array in Kalifornien.
Hierbei lieferte Fermi wichtige Messungen der hochenergetischen Gammastrahlung während der Sonneneruption, während EOVSA räumlich aufgelöste Mikrowellenbilder lieferte, die die Signaturen beschleunigter Teilchen in der Sonnenkorona erfassten.
Durch die gemeinsame Analyse dieser Datensätze identifizierten die Wissenschaftler einen bestimmten Bereich in der Sonnenatmosphäre, die sogenannte Region of Interest 3 (ROI 3), in der Mikrowellen- und Gammastrahlen-Signale zusammenliefen. Diese Konvergenz deutete auf eine einzigartige Population von Teilchen hin, die auf MeV-Niveau angeregt wurden.
ROI 3 befindet sich in der Nähe der Regionen ROI 1 und ROI 2, in denen ein signifikanter Magnetfeldabfall und eine intensive Teilchenbeschleunigung stattfinden, die bereits zuvor untersucht worden waren.
Im Gegensatz zu den typischen Elektronen, die in Sonneneruptionen beschleunigt werden und deren Anzahl mit zunehmender Energie normalerweise abnimmt, ist diese neu entdeckte Population ungewöhnlich, da die meisten dieser Teilchen sehr hohe Energien – in der Größenordnung von Millionen Elektronenvolt – aufweisen und relativ wenige Elektronen mit niedrigerer Energie vorhanden sind.
Mithilfe fortschrittlicher Modellierung gelang es dem Team, die Energieverteilung dieser Teilchen direkt mit dem beobachteten Gammastrahlenspektrum zu verbinden und Bremsstrahlung – hochenergetisches Licht, das normalerweise entsteht, wenn Elektronen mit Sonnenplasma kollidieren – als schwer fassbare Quelle der Gammastrahlen zu identifizieren.
Abbildung 1:
X8.2-Klasse-Flare vom 10. September 2017, beobachtet vom SDO/AIA-Instrument im extremen Ultraviolettkanal 131 Å. Der helle Bereich am westlichen Rand zeigt die Position des Flares. Er ist durch eine dünne Plasmaschicht mit aufsteigender ballonartiger Struktur (Sonneneruption) verbunden. Quelle: NASA
