Использование космических нейтронных всплесков для понимания гамма-всплесков от молний

Ученые начинают понимать, как может выглядеть гамма-всплеск от молнии, - пишет eurekalert.org.

Анализ данных картографа молний и небольшого портативного детектора излучения неожиданно пролил свет на то, как может выглядеть гамма-всплеск от молнии - путем наблюдения нейтронов, генерируемых из почвы очень сильными ливнями космических лучей. Работа проводилась в обсерватории космических лучей High Altitude Water Cherenkov (HAWC) в Мексике.

«Это было случайное открытие, - сказал Грег Бауэрс, ученый из Национальной лаборатории Лос-Аламоса и ведущий автор исследования, опубликованного в Geophysical Research Letters. - Мы создали эту систему для изучения земных гамма-вспышек - или гамма-всплесков от молний, ​​- которые обычно настолько яркие, что их можно увидеть из космоса. Идея заключалась в том, что HAWC будет чувствителен к гамма-всплескам, поэтому мы установили картографию молний, ​​чтобы зафиксировать анатомию развития молний и точно определить процессы, вызывающие молнии».

Команда, в которую входили Сюань-Мин Шао и Бренда Дингус, также из Лос-Аламоса, использовала небольшой портативный детектор частиц, ожидая, что земная гамма-вспышка будет генерировать четкий сигнал гамма-излучения в детекторе малых частиц.

«Наша система проработала почти два года, и мы видели много молний, - сказал Бауэрс. Но во время этих бурь они не наблюдали ничего похожего на земные вспышки гамма-излучения. - Однако мы наблюдали большие всплески скорости в ясные дни с хорошей погодой, что заставило нас задуматься».

Данные HAWC, собранные за это время, показали, что во всех случаях большой массив, который включает HAWC, был захвачен чрезвычайно сильными потоками космических лучей - настолько большими, что исследователи из Лос-Аламоса не могли оценить их размер.

Сотрудник Калифорнийского университета в Санта-Крузе Дэвид Смит обнаружил, что эти всплески в хорошую погоду ранее наблюдались учеными в России, которые назвали их «нейтронными всплесками», и определил, что они являются результатом производства нейтронов в почве вокруг точки падения космических лучей.

Предыдущая работа, которая моделировала эти события, рассматривала только адроны - тип субатомных частиц - в ядре ливней. Помимо адронов и других частиц, ядра ливня космических лучей также содержат много гамма-лучей.

Для этой работы Уильям Блейн, также из Лос-Аламоса, смоделировал сильные ливни космических лучей и включил как адроны, так и гамма-лучи. «Мы смогли сопоставить наши наблюдения с моделированием, - сказал Бауэрс. - Мы обнаружили, что гамма-лучи производят нейтронный взрыв того же типа, что и адроны».

Это исследование предполагает, что любые природные явления, которые производят пучок гамма-лучей, направленный на землю (например, нисходящие наземные гамма-вспышки), могут вызывать подобную сигнатуру «нейтронной вспышки». Это имеет большое значение для будущих усилий по моделированию наблюдений за наземными вспышками гамма-излучения.

«Это говорит нам о том, что вы не можете просто моделировать гамма-лучи, попадающие в ваш детектор, вам также необходимо учитывать нейтронный взрыв, который происходит поблизости», - сказал Бауэрс.


[Фото: eurekalert.org]