⚡ Neue Population ultra-energiereicher Teilchen in der Sonne entdeckt

Die Sonne, die uns mit Licht und Wärme versorgt, ist auch Schauplatz gewaltiger Phänomene. Im Jahr 2017 emittierte beispielsweise ein mächtiger Sonnenausbruch Gammastrahlen, deren Ursprung die Astronomen rätseln ließ. Diese Emissionen schienen aus einer bestimmten Zone der Sonnenatmosphäre zu stammen, doch ihre genaue Quelle blieb bis heute unklar.

Ein Team des Center for Solar-Terrestrial Research des NJIT hat den Ursprung dieser Strahlung identifiziert. Durch die Auswertung der Daten eines Ausbruchs der Klasse X8.2 konnten die Wissenschaftler eine bisher unbekannte Population von Teilchen in der Sonnenkorona nachweisen. Diese Teilchen erreichen Energien von mehreren Millionen Elektronenvolt und liegen damit deutlich über den bei Sonneneruptionen üblicherweise beobachteten Werten. Dieser Fund lüftet somit den Schleier über einen bisher unbekannten Mechanismus unseres Sterns.


Um zu diesem Ergebnis zu gelangen, kombinierten die Forscher die Beobachtungen zweier Instrumente. Das Weltraumteleskop Fermi der NASA maß die hochenergetischen Gammastrahlen, während das bodengebundene Radiobservatorium EOVSA Bilder im Mikrowellenbereich lieferte. Die Überlagerung dieser Daten ermöglichte es, eine spezifische Region der Sonnenatmosphäre, bezeichnet als ROI 3, zu isolieren. Diese Methode stellte einen Zusammenhang zwischen den hochenergetischen Signalen und einer ganz bestimmten lokalen Aktivität her.

Innerhalb dieser Zone entdeckten die Wissenschaftler eine große Anzahl von Teilchen, die auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden. Im Gegensatz zu den klassischen Elektronen bei Eruptionen weist diese neue Population eine hohe Konzentration an Teilchen mit sehr hoher Energie auf, während nur wenige niederenergetische Elektronen vorhanden sind. Diese besondere Verteilung ermöglichte es, diese Teilchen direkt mit den aufgefangenen Gammastrahlungsemissionen in Verbindung zu bringen.

Der dafür verantwortliche Mechanismus, genannt Bremsstrahlung, ist seinerseits gut bekannt. Er tritt auf, wenn geladene Teilchen wie Elektronen mit Materie kollidieren – hier der Sonnenatmosphäre – und dabei hochenergetische Strahlung abgeben. Dieser Prozess erzeugt die beobachteten Gammastrahlen, klärt einen bisher wenig verstandenen Aspekt der Physik solarer Eruptionen auf und beendet eine wissenschaftliche Debatte.

Dieser Fortschritt ermöglicht ein besseres Verständnis dafür, wie Sonneneruptionen Teilchen auf so extreme Energieniveaus beschleunigen können. Er erleichtert auch die Entwicklung leistungsfähigerer Modelle zur Vorhersage der Weltraumwetterlage, die sich auf irdische Technologiesysteme auswirkt. Einige Punkte bleiben noch zu klären, insbesondere die genaue Natur dieser Teilchen, bei denen es sich um Elektronen oder Positronen handeln könnte. Verbesserte Instrumente wie EOVSA-15 werden weitere Erkenntnisse ermöglichen.

Laut Gregory Fleishman, dem Hauptautor der in Nature Astronomy veröffentlichten Studie, sollte die Messung der Polarisation der Mikrowellenemissionen die Unterscheidung der Teilchenarten ermöglichen.

Die Bremsstrahlung

Die Bremsstrahlung ist ein physikalisches Phänomen, bei dem geladene Teilchen wie Elektronen Energie in Form von Licht verlieren, wenn sie durch ein elektrisches Feld, wie das eines Atoms, abgebremst werden. Dieser Prozess ist im Universum weit verbreitet und erklärt, warum wir Röntgen- oder Gammastrahlen bei vielen kosmischen Ereignissen beobachten.

Im Fall der Sonne werden während einer Eruption Elektronen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Beim Durchqueren der dichten Sonnenatmosphäre kollidieren sie mit anderen Teilchen, wodurch sie abrupt abgebremst werden. Diese Abbremsung verursacht die Emission hochenergetischer Photonen, also Gammastrahlen. So wird die Bremsstrahlung zu einer wichtigen Strahlungsquelle bei Sonneneruptionen.

Das Verständnis dieses Mechanismus hilft Wissenschaftlern, die von Teleskopen beobachteten Signale zu interpretieren. Indem sie die Energie der Teilchen mit den Strahlungsspektren in Beziehung setzen, können sie auf die physikalischen Bedingungen in der Sonnenatmosphäre schließen. Dies ermöglicht es, theoretische Modelle zu verbessern und das Verhalten der Sonne bei extremen Ereignissen besser vorherzusagen.

Die Bremsstrahlung ist nicht auf die Sonne beschränkt; sie tritt auch in anderen Umgebungen auf, wie etwa in der Nähe von Schwarzen Löchern oder in Teilchenbeschleunigern auf der Erde. Die Erforschung dieses Phänomens bietet daher Schlüssel, um verschiedene energiereiche Prozesse im Universum zu erkunden, wobei komplexe Begriffe vereinfacht werden, um sie zugänglich zu machen.