Plot kepadatan sinar gamma berkode warna dengan energi antara 5 dan 150 gigaelektronvolt per foton, dipancarkan oleh Matahari antara Oktober 2013 dan Januari 2015, dan didaftarkan oleh teleskop Fermi-LAT milik NASA. Gambar tersebut ditumpangkan pada gambar Matahari berwarna palsu dalam sinar ultraviolet, yang diperoleh menggunakan Solar Dynamics Observatory milik NASA pada bulan Desember 2014. Kredit: Arsioli dan Orlando 2024 & NASA/SDO/Duberstein
Selama periode maksimum matahari terakhir, wilayah kutub Matahari paling aktif memancarkan radiasi berenergi tinggi, sebuah fenomena yang masih belum dapat dijelaskan. Temuan ini dilaporkan dalam penelitian yang dipelopori oleh peneliti dari Fakultas Sains Universitas Lisbon (Ciências ULisboa), Portugal.
Matahari bersinar terang dalam cahaya tampak, tapi seperti apa radiasi elektromagnetik berenergi tertinggi? Gambar Matahari yang diambil dengan sinar gamma merupakan pemandangan yang mematikan, untungnya dibutakan oleh atmosfer bumi dan hanya terlihat dari luar angkasa. Setiap foton membawa energi miliaran kali lebih banyak dibandingkan saudaranya yang ultraviolet. Bagaimana emisi sinar gamma reguler Matahari bervariasi terhadap waktu? Dan apakah mungkin menghubungkannya dengan periode peristiwa kekerasan yang kita saksikan di permukaan bintang kita?
Sebuah studi baru, diterbitkan di Itu Jurnal Astrofisika, menghasilkan film Matahari berdurasi empat belas tahun terkompresi yang diamati dalam sinar gamma, alat visualisasi yang mengungkapkan bahwa, bertentangan dengan distribusi seragam foton berenergi tinggi yang diharapkan, piringan matahari bisa lebih terang di wilayah kutub. Kecenderungan dominasi sinar gamma Matahari pada garis lintang tertinggi terlihat jelas pada puncak aktivitas matahari, seperti terlihat pada bulan Juni 2014.
Memahami Emisi Sinar Gamma
Penelitian yang dipimpin oleh Bruno Arsioli, dari Institute of Astrophysics and Space Sciences (IA), di Portugal, dan Fakultas Sains Universitas Lisbon (Ciências ULisboa), dapat berkontribusi pada pemahaman tentang proses yang belum diketahui yang membuat Matahari bersinar sepuluh kali lebih terang dalam cahaya. gamma dari perkiraan fisikawan. Ini juga dapat menginformasikan prakiraan cuaca luar angkasa.
Sinar gamma matahari dihasilkan di halo dan jilatan api matahari bintang kita, namun juga dilepaskan dari permukaannya. Yang terbaru menjadi fokus penelitian ini. “Matahari diserang oleh partikel-partikel yang mendekati kecepatan cahaya yang datang dari luar galaksi kita ke segala arah,” kata Bruno Arsioli. “Sinar kosmik ini bermuatan listrik dan dibelokkan oleh medan magnet Matahari. Mereka yang berinteraksi dengan atmosfer matahari menghasilkan hujan sinar gamma.”
Konsep seniman Teleskop Luar Angkasa Fermi Gamma-Ray milik NASA. Fermi memindai seluruh langit setiap tiga jam saat mengorbit Bumi. Kredit: Pusat Penerbangan Luar Angkasa NASA/Chris Smith Goddard (USRA)
Para ilmuwan berpendapat bahwa hujan ini memiliki peluang yang sama untuk terlihat di mana pun di piringan Matahari. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa sinar kosmik dapat berinteraksi dengan medan magnet Matahari dan menghasilkan distribusi sinar gamma yang tidak seragam di seluruh garis lintang bintang kita.
“Kami juga mendeteksi perbedaan energi antar kutub,” tambah Bruno Arsioli. “Di kutub selatan, terdapat surplus emisi energi yang lebih tinggi, dalam bentuk foton dengan 20 hingga 150 gigaelektronvolt, sedangkan sebagian besar foton yang kurang energik berasal dari kutub utara.” Para ilmuwan belum bisa menjelaskan asimetri ini.
Selama siklus aktivitas matahari maksimum, terbukti bahwa sinar gamma lebih sering dipancarkan di lintang yang lebih tinggi. Mereka terutama terkonsentrasi di kutub matahari pada bulan Juni 2014, ketika terjadi pembalikan medan magnet matahari. Inilah saat dipol medan magnet Matahari bertukar dua tandanya, sebuah fenomena aneh yang diketahui terjadi pada puncak aktivitas Matahari, setiap sebelas tahun sekali.
Aktivitas Matahari dan Dinamika Medan Magnet
“Kami menemukan hasil yang menantang pemahaman kita saat ini tentang Matahari dan lingkungannya,” kata Elena Orlando, dari Universitas Trieste, INFN, dan Universitas Stanford, dan salah satu penulis penelitian tersebut. “Kami menunjukkan korelasi yang kuat antara asimetri emisi sinar gamma matahari secara kebetulan dengan pembalikan medan magnet matahari, yang mengungkapkan kemungkinan adanya hubungan antara astronomi matahari, fisika partikel, dan plasma fisika.”
Data yang digunakan berasal dari pengamatan selama 14 tahun dengan satelit sinar gamma Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT), antara Agustus 2008 hingga Januari 2022. Periode ini mencakup siklus matahari penuh, dari minimum hingga berikutnya, dengan puncaknya pada tahun 2014 Salah satu tantangannya adalah menguraikan emisi matahari dari berbagai sumber sinar gamma lain di latar langit yang dilalui oleh jalur Matahari. Bruno Arsioli dan rekannya Elena Orlando menghasilkan alat untuk mengintegrasikan semua peristiwa sinar gamma matahari selama periode 400 hingga 700 hari, dan jangka waktu ini dapat meluncur dalam periode 14 tahun. Melalui visualisasi ini, momen kelebihan kutub serta kesenjangan energi antara utara dan selatan menjadi jelas.
“Studi tentang emisi sinar gamma dari Matahari merupakan jendela baru untuk menyelidiki dan memahami proses fisik yang terjadi di atmosfer bintang kita,” kata Arsioli. “Proses apa saja yang menyebabkan ekses di kutub? Mungkin ada mekanisme tambahan yang menghasilkan sinar gamma yang melampaui interaksi sinar kosmik dengan permukaan Matahari.”
Namun, jika kita tetap berpegang pada sinar kosmik, sinar tersebut dapat berfungsi sebagai penjelajah atmosfer bagian dalam matahari. Analisis observasi Fermi-LAT ini juga memotivasi pendekatan teoritis baru yang harus mempertimbangkan penjelasan lebih rinci tentang medan magnet Matahari.
Kemungkinan hubungan antara produksi sinar gamma Matahari dan periode jilatan api matahari yang spektakuler serta lebih seringnya lontaran massa koronal, serta antara keduanya dan perubahan konfigurasi magnetik bintang kita, dapat memberikan bahan untuk menyempurnakan model fisik yang dapat memprediksi sinar gamma. sinar meledak. aktivitas matahari. Ini adalah dasar prakiraan cuaca luar angkasa, yang penting untuk melindungi instrumen satelit di luar angkasa dan telekomunikasi serta infrastruktur elektronik lainnya di Bumi.
“Pada tahun 2024 dan tahun depan kita akan mengalami solar maksimum yang baru, dan inversi kutub magnet Matahari lainnya telah dimulai. “Kami berharap pada akhir tahun 2025 kita dapat menilai kembali apakah inversi medan magnet disertai dengan surplus emisi sinar gamma dari kutub,” kata Bruno Arsioli. Elena Orlando menambahkan: “Kami telah menemukan kunci untuk mengungkap misteri ini, yang menunjukkan arah masa depan yang harus diambil. Teleskop Fermi akan beroperasi dan mengamati Matahari di tahun-tahun mendatang adalah hal yang mendasar.”
Namun sinar gamma matahari kemungkinan memiliki lebih banyak hal untuk diungkapkan dan memerlukan perhatian lebih lanjut. Studi yang sekarang diterbitkan ini akan memperkuat argumen ilmiah untuk pemantauan berkelanjutan terhadap Matahari oleh observatorium ruang angkasa sinar gamma generasi berikutnya. “Jika dipastikan bahwa emisi energi tinggi memang membawa informasi tentang aktivitas matahari, maka misi masa depan harus direncanakan untuk menyediakan data real-time mengenai emisi sinar gamma dari Matahari,” kata Arsioli.
Referensi: “Satu Lagi Misteri Sinar Matahari: Asimetri Tak Terduga dalam Emisi GeV dari Cakram Surya” oleh Bruno Arsioli dan Elena Orlando, 7 Februari 2024, Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad1bd2
NewsRoom.id
