در اواخر مهر ۱۴۰۲، مشاهده شد که خورشید مقدار بسیار زیادی از هلیوم-۳ را بیرون میفرستد — بیشترین میزانی که تاکنون از ستارهی مرکزی منظومه شمسی دیده شده است.
پس از انجام تحقیقات، اخترشناسان منشأ این پدیده را به فورانی از لبهی یک حفره تاجی خورشید نسبت دادند که تنها شامل عناصر سبک بوده است.
«این ایزوتوپ نادر، که تنها با یک نوترون سبکتر از ایزوتوپ رایجتر هلیوم-۴ است، در منظومه شمسی کمیاب است — با نسبت تقریبی یک یون هلیوم-۳ در برابر هر ۲۵۰۰ یون هلیوم-۴»، رادوسلاو بوچیک، اخترفیزیکدان مؤسسه تحقیقات جنوبغربی آمریکا توضیح میدهد.
«با این حال، به نظر میرسد فورانهای خورشیدی هلیوم-۳ را ترجیحاً با سرعت یا انرژی بالا شتاب میدهند، احتمالاً به دلیل نسبت منحصربهفرد بار به جرم آن.»
هلیوم-۴ رایجترین ایزوتوپ هلیوم است. این ایزوتوپ حدود یکچهارم از مادهی عادی جهان را از نظر جرم تشکیل میدهد. باور بر این است که بیشتر هلیوم-۳ و هلیوم-۴ موجود در جهان، لحظاتی پس از مهبانگ (بیگبنگ) شکل گرفتهاند. از میان این دو، ایزوتوپ کوچکتر (هلیوم-۳) بسیار کمتر یافت میشود.
بهطور معمول، هلیوم-۳ تنها حدود ۰٫۰۰۲ درصد از باد خورشیدی را تشکیل میدهد. فورانهای خورشیدی میتوانند غلظت آن را تا ۱۰٬۰۰۰ برابرِ مقدار عادی در جو خورشید افزایش دهند.
اما در ۲ و ۳ مهر ۱۴۰۲، رصدخانهی «مدارگرد خورشیدی» که توسط آژانس فضایی اروپا (ESA) و ناسا اداره میشود، هلیوم-۳ را در حال خروج از خورشید در غلظتی برابر با ۱۸۰٬۰۰۰ برابر مقدار عادیاش شناسایی کرد — با سرعتهایی بالاتر از بیشتر ذرات دیگر در این جریان خروجی.
در آن روزها، رصدخانههای خورشیدی حضور یک حفرهی بزرگ تاجی را روی سطح خورشید ثبت کردند. حفرههای تاجی مناطقی موقتی در تاج خورشید یا جو آن هستند که در آنها شکافهایی در میدان مغناطیسی ایجاد میشود. این حفرهها با نور مرئی قابل مشاهده نیستند، اما در تصاویر فرابنفش و پرتو ایکس، تیرهتر به نظر میرسند. دلیل این امر آن است که پلاسما در این نواحی سردتر و کمچگالتر از محیط اطراف است.
با نشت بیشتر میدانهای مغناطیسی، باد خورشیدی آسانتر از خورشید فرار میکند و ذرات باردار را با سرعت بالا به فضا میراند. در حاشیهی همین حفرهی خاص، بوچیک و همکارانش یک جریان پلاسما بسیار متمرکز، موسوم به فوران خورشیدی را بهعنوان منشأ این رویداد ذرهای خورشیدی شناسایی کردند که شامل مقدار بالای هلیوم-۳ بود.
بوچیک میگوید: «شگفتانگیزتر این است که شدت میدان مغناطیسی در این ناحیه ضعیف بود، بیشتر شبیه مناطق آرام خورشیدی تا مناطق فعال. این یافته از نظریههای پیشین پشتیبانی میکند که میگویند غنیسازی هلیوم-۳ بیشتر در پلاسمای دارای میدان مغناطیسی ضعیف که آشفتگی کمتری دارد، رخ میدهد.»
اما نکته جالبتر دربارهی این فوران خاص، محتوای شیمیایی آن است. رویدادهای ذرهای خورشیدی، که در آنها ذرات در تاج خورشید یا از آن شتاب میگیرند، ممکن است غلظت بالایی از هلیوم-۳ داشته باشند؛ اما معمولاً در کنار آنها غلظت بالایی از عناصر سنگینتر، از نئون گرفته تا آهن نیز دیده میشود.
در رویداد ذرهای خورشیدی مهر ۱۴۰۲، مقدار آهن بهطور قابلتوجهی افزایش نیافته بود. در عوض، این جریان شامل مقدار زیادی از عناصری چون کربن، نیتروژن، سیلیکون و گوگرد بود. بین سالهای ۱۳۹۸ تا ۱۴۰۲ تنها ۱۹ رویداد دیگر با ترکیب شیمیایی مشابه ثبت شدهاند.
یک احتمال این است که چنین رویدادهایی واقعاً نادر باشند. احتمال دیگر این است که این رویدادها نسبتاً رایجاند، ولی معمولاً آنقدر ضعیف هستند که از فاصله زمین قابل شناسایی نیستند.
مدارگرد خورشیدی در موقعیتی بین زمین و خورشید قرار دارد و همین جایگاه باعث میشود که بتواند بهتر تنوع بیپایان فورانهای مرموز ستارهی نزدیک ما را ثبت کند.
این تحقیق در نشریهی The Astrophysical Journal منتشر شده است.
خورشید هنوزم ما رو شگفتزده میکنه. حتی در نواحی بهظاهر “آرام”، میتونه مقادیر عظیمی از ذرات نادر مثل هلیوم-۳ تولید کنه — و این نشون میده که نیاز به مدلسازیها و رصدهای دقیقتری داریم تا پویاییهای واقعی خورشید رو درک کنیم.
