最強烈耀斑之謎破解：太陽大氣中發現超高能粒子新族群

天文學家近日宣布，首次在太陽上層大氣中識別出一類此前從未被確認的超高能粒子族群，被認為是驅動太陽最猛烈耀斑伽馬射線的關鍵來源，為困擾多年的物理謎題提供了答案。 相關成果由新澤西理工學院太陽—地球研究中心（NJIT-CSTR）團隊完成，并發表在最新一期《自然·天文學》期刊上。

研究團隊在分析2017年9月10日一次強度等級為X8.2級的太陽耀斑觀測數據時，在太陽日冕中鎖定了一個極小且高度集中的區域，發現其中存在數量龐大的高能粒子，其能量可達數百萬電子伏特，運動速度接近光速，遠遠超出通常與太陽耀斑相關的能量范圍。 科學家認為，這些輕電荷粒子在與太陽大氣物質發生碰撞時，通過“軔致輻射”過程釋放出強烈伽馬射線，從而解釋了長期以來在類似劇烈爆發中觀測到的異常輻射信號。

為精確追蹤伽馬射線來源，研究團隊聯合分析了美國宇航局費米伽馬射線空間望遠鏡獲取的高能伽馬射線數據，以及位于美國加州的新澤西理工學院歐文斯谷太陽陣列（EOVSA）提供的太陽微波成像資料。 通過對比兩套數據，他們在此前已研究的兩個區域之外，鎖定了第三個“興趣區域”（ROI 3），在那里伽馬射線與微波信號空間上高度重合，指向一群能量峰值落在兆電子伏特量級的異常粒子群。

與傳統耀斑加速電子“能量越高數量越少”的分布不同，這一新發現的粒子族群反而以高能粒子占多數，低能粒子相對較少，顯示出非常獨特的能譜特征。 通過數值建模，研究人員將這種特殊能量分布與觀測到的伽馬射線譜線直接對應起來，進一步驗證了軔致輻射是這些高能電子（或正電子）生成伽馬射線的主要機制。

研究還顯示，這一粒子加速與駐留區域位于磁場快速衰減和強烈粒子加速的關鍵帶附近，為“太陽耀斑通過釋放儲存的磁能高效加速帶電粒子”的理論提供了有力觀測支持。 科學家指出，這一成果不僅加深了對太陽耀斑輻射機理的理解，也為建立更精確的太陽活動和空間天氣預報模型奠定基礎，有望在未來更好評估強烈太陽爆發對航天器、衛星和地面技術系統的潛在影響。

目前，一個尚未解開的問題是：這些極端粒子究竟主要由電子還是正電子構成。 研究團隊表示，未來通過測量類似事件中微波輻射的偏振特性，有望區分不同粒子類型；正在進行的EOVSA陣列升級項目“EOVSA-15”將增加15面新天線并引入超寬帶接收技術，有望在不久的將來提供這一關鍵觀測能力。 據介紹，該研究工作獲得美國國家科學基金會和美國宇航局資助，標志著人類在理解太陽最暴烈耀斑能量來源方面邁出重要一步。

編譯自/scitechdaily