太陽は私たちが思っていたものとは違っているのでしょうか?コロナの外には違う世界がある！

科学者は太陽プラズマを高エネルギー粒子まで追跡

この発見は研究者が危険な宇宙天気を予測するのに役立つかもしれない。

表面活動と太陽コロナを描いた太陽のクローズアップ

(画像提供: Dr. Pixel/Getty Images)

科学者たちは、太陽の大気のような過酷な環境から出現した高エネルギー粒子が地球や他の物体にいつどのように衝突するかを発見したかもしれない。

これらの高エネルギー粒子は、精密な衛星技術や宇宙飛行士に危険をもたらし、北極圏を飛行する航空機にも影響を及ぼす可能性がある。研究者たちは何十年にもわたってこれらの事例を研究してきましたが、緊急事態が発生する可能性のあるパターンを明確に理解し、発生する可能性のある危険を予測することは依然として困難です。

最新の研究で、科学者たちはスーパーコンピューターのシミュレーションに基づき、太陽の外層大気中のプラズマが高エネルギー粒子の発生源であると特定した。

「この刺激的な新研究により、太陽の高エネルギー粒子の起源をより深く理解し、宇宙天気予報モデルを改良することができるようになる。これはNASAや他の宇宙機関、そして世界中の政府にとって重要な目標だ」とコロンビア大学の研究者でこの研究の共著者であるルカ・コミッソ氏は声明で述べた。

太陽の外層大気であるコロナはプラズマでできており、激しい条件によって原子から電子が剥ぎ取られる。

太陽科学者たちは、この剥ぎ取られた原子（イオン）の非常に乱れた海の中で高エネルギー粒子が生成されていると考えています。

しかし、プラズマの動きは不規則かつ予測不可能であるため、これを研究するのは難しく、高エネルギー粒子がいつどのように生成されるかは常に謎のままでした。

コミッソ氏と同じくコロンビアのロレンツォ・シローニ氏は、コロンビア大学と国立エネルギー研究科学計算センターにあるNASAのスーパーコンピューターを使用してシミュレーションを改良し、太陽プラズマ内の電子とイオンの正確な動きをシミュレートした。これによりコロナの優れた代理データが作成され、その領域で高エネルギー粒子がいつ、どのように形成されるかについてこれまでで最も詳細なデータが提供されます。

シミュレーションによれば、コロナ内の磁場は電子とイオンをほぼ光速まで加速し、宇宙に打ち上げることができることが分かっています。

この研究は、エンリコ・フェルミが地球の大気圏に衝突する高エネルギー粒子の発生源として宇宙の磁場を初めて研究し始めた1949年以来、科学者たちの頭の中にあった疑問を解決するのに役立つ。フェルミの研究により、物理学者たちは、これらの粒子の一部は太陽のプラズマによるものであり、他の粒子は深宇宙から地球に向かって飛んできているのではないかと考えるようになった。しかし、この仮説を証明するのは困難でした。

チームの成果はシミュレーションに基づいているが、NASAのパーカー・ソーラー・プローブが研究のさらなる検証に役立つ可能性があるとコミッソ氏は述べた。

パーカー・ソーラー・プローブは、2018年に打ち上げられて以来、太陽を観測し続けています。そのミッションの一部は、太陽の乱れた外層大気を研究することです。これは、パーカー・ソーラー・プローブが太陽コロナで生成される高エネルギー粒子の分布を直接観測できることを意味します。

この新たな研究の結果は太陽系を超えた影響も及ぼす。すべての星は主にプラズマで構成されています。つまり、天文学者が観測する物質の大部分は、この物質の状態（気体、液体、固体ではない）にあります。プラズマが粒子を加速する仕組みをより深く理解することで、太陽や他の恒星の周りで見られる高エネルギー粒子だけでなく、中性子星やブラックホールなど他の宇宙物体の周りでも説明がつく可能性がある。

これにより、将来、遠く離れた恒星、ブラックホール、中性子星が独自の高エネルギー電子を生成する仕組みを調査する新たな方法への扉が開かれることになる。

「私たちの研究結果は太陽を中心としたものだが、遠く離れたブラックホールの近くにある星がどのようにして高エネルギー粒子を生成するのかをより深く理解するものとも言える」とコミッソ氏は語った。

「スーパーコンピューターによるシミュレーションでは、宇宙でこれらの粒子がどのように生成されるかについて、表面的な部分しか解明できない。」

チームの研究は9月13日にアストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に掲載された。