最强烈耀斑之谜破解：太阳大气中发现超高能粒子新族群

天文学家近日宣布，首次在太阳上层大气中识别出一类此前从未被确认的超高能粒子族群，被认为是驱动太阳最猛烈耀斑伽马射线的关键来源，为困扰多年的物理谜题提供了答案。 相关成果由新泽西理工学院太阳—地球研究中心（NJIT-CSTR）团队完成，并发表在最新一期《自然·天文学》期刊上。

研究团队在分析2017年9月10日一次强度等级为X8.2级的太阳耀斑观测数据时，在太阳日冕中锁定了一个极小且高度集中的区域，发现其中存在数量庞大的高能粒子，其能量可达数百万电子伏特，运动速度接近光速，远远超出通常与太阳耀斑相关的能量范围。 科学家认为，这些轻电荷粒子在与太阳大气物质发生碰撞时，通过“轫致辐射”过程释放出强烈伽马射线，从而解释了长期以来在类似剧烈爆发中观测到的异常辐射信号。

为精确追踪伽马射线来源，研究团队联合分析了美国宇航局费米伽马射线空间望远镜获取的高能伽马射线数据，以及位于美国加州的新泽西理工学院欧文斯谷太阳阵列（EOVSA）提供的太阳微波成像资料。 通过对比两套数据，他们在此前已研究的两个区域之外，锁定了第三个“兴趣区域”（ROI 3），在那里伽马射线与微波信号空间上高度重合，指向一群能量峰值落在兆电子伏特量级的异常粒子群。

与传统耀斑加速电子“能量越高数量越少”的分布不同，这一新发现的粒子族群反而以高能粒子占多数，低能粒子相对较少，显示出非常独特的能谱特征。 通过数值建模，研究人员将这种特殊能量分布与观测到的伽马射线谱线直接对应起来，进一步验证了轫致辐射是这些高能电子（或正电子）生成伽马射线的主要机制。

研究还显示，这一粒子加速与驻留区域位于磁场快速衰减和强烈粒子加速的关键带附近，为“太阳耀斑通过释放储存的磁能高效加速带电粒子”的理论提供了有力观测支持。 科学家指出，这一成果不仅加深了对太阳耀斑辐射机理的理解，也为建立更精确的太阳活动和空间天气预报模型奠定基础，有望在未来更好评估强烈太阳爆发对航天器、卫星和地面技术系统的潜在影响。

目前，一个尚未解开的问题是：这些极端粒子究竟主要由电子还是正电子构成。 研究团队表示，未来通过测量类似事件中微波辐射的偏振特性，有望区分不同粒子类型；正在进行的EOVSA阵列升级项目“EOVSA-15”将增加15面新天线并引入超宽带接收技术，有望在不久的将来提供这一关键观测能力。 据介绍，该研究工作获得美国国家科学基金会和美国宇航局资助，标志着人类在理解太阳最暴烈耀斑能量来源方面迈出重要一步。

编译自/scitechdaily