Bildnachweis: NASA
Astronomen glauben, dass die Sonne Antimaterie als Teil ihres natürlichen Prozesses der Fusionsreaktion erzeugt und zerstört, aber neue Beobachtungen des Raumfahrzeugs Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) der NASA haben neue Erkenntnisse in diesen Prozess gebracht. Die Antimaterie entsteht in Sonneneruptionen, wenn sich schnell bewegende Partikel, die durch die Fackel beschleunigt werden, in der Sonnenatmosphäre in sich langsamer bewegende Partikel zerschlagen (in nur einer Fackel wird genug Antimaterie erzeugt, um die USA zwei Jahre lang mit Strom zu versorgen). Überraschenderweise wird die Antimaterie nicht sofort zerstört. Stattdessen wird es von der Fackel in eine andere Region der Sonne getragen, bevor es zerstört wird.
Der bisher beste Blick darauf, wie aus einer Sonnenexplosion eine Antimateriefabrik wird, gab unerwartete Einblicke in die Funktionsweise der gewaltigen Explosionen. Die Beobachtung könnte Theorien darüber verärgern, wie die Explosionen, sogenannte Sonneneruptionen, Antimaterie erzeugen und zerstören. Es gab auch überraschende Details darüber, wie sie subatomare Teilchen fast mit Lichtgeschwindigkeit sprengen.
Sonneneruptionen gehören zu den stärksten Explosionen im Sonnensystem. Der größte kann so viel Energie freisetzen wie eine Milliarde Ein-Megatonnen-Atombomben. Ein Forscherteam verwendete das Raumschiff Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) der NASA, um am 23. Juli 2002 Bilder einer Sonneneruption mit hochenergetischen Röntgen- und Gammastrahlen der Fackel aufzunehmen.
"Wir fotografieren Fackeln in einer völlig neuen Farbe, die für das menschliche Auge unsichtbar ist. Wir erwarten daher Überraschungen, und RHESSI hat uns bereits ein Paar geschenkt", sagte Dr. Robert Lin, Fakultätsmitglied der Abteilung für Physik an der die University of California, Berkeley, der Principal Investigator für RHESSI ist.
Gammastrahlen und Röntgenstrahlen sind die energiereichsten Lichtformen, wobei ein Teilchen Gammastrahlenlicht am oberen Rand der Skala Millionen bis Milliarden Mal mehr Energie transportiert als ein Teilchen sichtbaren Lichts. Die Ergebnisse sind Teil einer Reihe von Artikeln über die RHESSI-Beobachtung, die am 1. Oktober in Astrophysical Journal Letters veröffentlicht werden sollen.
Antimaterie vernichtet normale Materie in einem Energieschub und inspiriert Science-Fiction-Autoren, sie als äußerst mächtige Quelle für den Antrieb von Raumschiffen zu nutzen. Gegenwärtige Technologie erzeugt nur winzige Mengen, normalerweise in kilometerlangen Maschinen, die zum Zusammenschlagen von Atomen eingesetzt werden. Wissenschaftler entdeckten jedoch, dass die Fackel vom Juli 2002 ein halbes Kilo (etwa ein Pfund) Antimaterie erzeugte, das ausreichte, um die gesamten Vereinigten Staaten zwei Tage lang mit Strom zu versorgen. Nach den RHESSI-Bildern und -Daten wurde diese Antimaterie nicht wie erwartet zerstört.
Antimaterie wird oft als "Spiegelbild" gewöhnlicher Materie bezeichnet, da für jede Art von Teilchen gewöhnlicher Materie ein Antimaterieteilchen erzeugt werden kann, das bis auf eine entgegengesetzte elektrische Ladung oder andere grundlegende Eigenschaften identisch ist.
Antimaterie ist im heutigen Universum selten. Es kann jedoch bei Hochgeschwindigkeitskollisionen zwischen Partikeln gewöhnlicher Materie erzeugt werden, wenn ein Teil der Energie aus der Kollision in die Produktion von Antimaterie fließt. Antimaterie entsteht in Fackeln, wenn die sich schnell bewegenden Partikel, die während der Fackel beschleunigt werden, mit langsameren Partikeln in der Sonnenatmosphäre kollidieren.
Nach der Flare-Theorie treten diese Kollisionen in relativ dichten Regionen der Sonnenatmosphäre auf, da viele Kollisionen erforderlich sind, um signifikante Mengen an Antimaterie zu erzeugen. Wissenschaftler erwarteten, dass die Antimaterie in der Nähe derselben Orte vernichtet werden würde, da es so viele Partikel gewöhnlicher Materie gibt, auf die man treffen kann. "Antimaterie sollte nicht weit kommen", sagte Dr. Gerald Share vom Naval Research Laboratory, Washington, D.C., Hauptautor eines Papiers über RHESSIs Beobachtungen zur Zerstörung von Antimaterie in der Fackel vom 23. Juli.
In einer kosmischen Version des Shell-Spiels scheint es jedoch so zu sein, dass diese Fackel Antimaterie herumgemischt hat, sie an einem Ort produziert und an einem anderen zerstört hat. RHESSI ermöglichte die bislang detaillierteste Analyse der Gammastrahlen, die emittiert werden, wenn Antimaterie gewöhnliche Materie in der Sonnenatmosphäre vernichtet. Die Analyse zeigt, dass die Antimaterie der Fackel in Regionen zerstört worden sein könnte, in denen die Partikeldichte bei hohen Temperaturen 1000-mal niedriger war als dort, wo die Antimaterie hätte erzeugt werden sollen.
Alternativ gibt es vielleicht überhaupt kein „Muschelspiel“, und Fackeln können in weniger dichten Regionen erhebliche Mengen an Antimaterie erzeugen, oder Fackeln können trotz hoher Temperaturen dichte Regionen aufrechterhalten, oder die Antimaterie wurde „auf der Laufen “mit hohen Geschwindigkeiten, und die Erstellung mit hoher Geschwindigkeit ließ laut Team den Anschein einer Hochtemperaturregion entstehen.
Sonneneruptionen können auch elektrisch geladene Teilchen in der Sonnenatmosphäre (Elektronen und Ionen) mit nahezu Lichtgeschwindigkeit (etwa 186.000 Meilen pro Sekunde oder 300.000 km / s) strahlen. Die neue RHESSI-Beobachtung ergab, dass Sonneneruptionen Partikel entweder nach ihrer Masse oder nach ihrer elektrischen Ladung sortieren, wenn sie sie auf ultrahohe Geschwindigkeiten bringen.
"Diese Entdeckung ist eine Revolution in unserem Verständnis von Sonneneruptionen", sagte Dr. Gordon Hurford von der University of California in Berkeley, der Hauptautor eines von fünfzehn Artikeln über diese Forschung ist.
Die Sonnenatmosphäre ist ein Gas aus elektrisch geladenen Teilchen (Elektronen und Ionen). Da diese Partikel magnetische Kräfte spüren, müssen sie entlang von Magnetfeldern fließen, die die Sonnenatmosphäre durchdringen. Es wird angenommen, dass Sonneneruptionen auftreten, wenn Magnetfelder in der Sonnenatmosphäre verdreht werden und plötzlich eine neue Konfiguration annehmen, wie ein Gummiband, das bei Überdehnung bricht. Dies wird als magnetische Wiederverbindung bezeichnet.
Zuvor glaubten Wissenschaftler, dass die Partikel in der Sonnenatmosphäre beschleunigt wurden, wenn sie zusammen mit dem Magnetfeld gezogen wurden, als es eine neue Form annahm, wie ein Stein in einer Schleuder. Wenn es jedoch so einfach wäre, würden alle Partikel in die gleiche Richtung geschossen. Die neuen Beobachtungen von RHESSI zeigen, dass dies nicht so ist; schwerere Teilchen (Ionen) landen an einem anderen Ort als leichtere Teilchen (Elektronen).
"Das Ergebnis ist so überraschend wie Goldminenarbeiter, die eine Klippe sprengen und feststellen, dass die Explosion den gesamten Schmutz in eine Richtung und das gesamte Gold in eine andere Richtung geworfen hat", sagte Dr. Craig DeForest, Solarforscher am South West Research Inst. Boulder, Colo.
Die Art und Weise, wie Fackeln Partikel nach Masse sortieren, ist unbekannt. Laut Team gibt es viele mögliche Mechanismen. Alternativ könnten die Teilchen nach ihrer elektrischen Ladung sortiert werden, da Ionen positiv geladen und Elektronen negativ geladen sind. In diesem Fall müsste in der Fackel ein elektrisches Feld erzeugt werden, da sich Partikel in einem elektrischen Feld entsprechend ihrer Ladung in verschiedene Richtungen bewegen. In beiden Fällen liefert die magnetische Wiederverbindung immer noch die Energie, aber der Beschleunigungsprozess ist komplexer.
Der Hinweis, der die Wissenschaftler auf dieses überraschende Verhalten hinwies, war die RHESSI-Beobachtung, dass Gammastrahlen vom 23. Juli nicht an denselben Orten emittiert wurden, an denen die Röntgenstrahlen emittiert wurden, wie die Theorie vorhersagt. Nach den Theorien der Sonneneruption werden Elektronen und Ionen während der Fackel auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und rasen über bogenförmige magnetische Strukturen. Die Elektronen schlagen in die dichtere Sonnenatmosphäre in der Nähe der beiden Fußpunkte der Bögen ein und senden Röntgenstrahlen aus, wenn sie dort auf elektrisch geladene Protonen treffen, die sie ablenken. Gammastrahlen sollten von denselben Orten emittiert werden, wenn die Hochgeschwindigkeitsionen auch in diese Regionen krachen.
Während RHESSI erwartungsgemäß zwei röntgenemittierende Regionen an den Fußpunkten beobachtete, stellte es nur ein diffuses Gammastrahlenlicht fest, das an einer anderen Stelle etwa 15.000 Kilometer südlich der Röntgenorte zentriert war.
"Jede neue Entdeckung zeigt, dass wir gerade erst anfangen zu verstehen, was bei diesen gigantischen Explosionen passiert", sagte Dr. Brian Dennis vom Goddard Space Flight Center der NASA, Greenbelt, Md., Der der Missionswissenschaftler für RHESSI ist. RHESSI wurde am 5. Februar 2002 mit der University of California in Berkeley, die für die meisten Aspekte der Mission verantwortlich ist, und der NASA Goddard, die für das Programmmanagement und die technische Überwachung verantwortlich ist, ins Leben gerufen.
Quelle: NASA-Pressemitteilung
