Российские учёные смоделировали возникновение гамма-вспышек

Впервые явление гамма-вспышек в земной атмосфере было выявлено в 1994 году. Далее при изучении феномена было установлено, что эти вспышки определённым образом связаны с молниями, однако не было ясно, каким именно.

По словам учёных, энергия гамма-вспышек может уходить как в космическое пространство, так и к поверхности Земли. Последний случай связан с образованием относительно сильного электрического поля внутри грозовых облаков, что приводит к ускорению электронов. При взаимодействии с атмосферой электроны порождают гамма-кванты, а они, в свою очередь, производят быстрые электроны. Так возникает лавина быстрых электронов, а вместе с ней и вспышка гамма-лучей. Эти вспышки и их связь с молниями вызывает большой научный интерес.

В своей работе российские учёные высказывают предположение, что внутри грозовых облаков есть множество различных областей, в которых электрическое поле обладает большей силой, чем в промежуточном пространстве между ними. Исследователи создали модель, в которой лавина электронов распространяется внутри области с однородным электрическим полем. Эта область, по аналогии с атомным реактором, называется ячейкой реактора. Оказываясь в промежуточном пространстве со слабым полем, электроны быстро теряют энергию, тогда как гамма-луч устремляется в следующую ячейку и запускает новую лавину электронов. Модель учёных позволяет описывать гамма-вспышки точнее, чем другие модели.

«На основе аналитической модели мы показали, что для развития лавин в реакторах требуются области сильного поля размером от 50 до 500 метров с разным направлением. Отличительной особенностью нашего подхода стал широкий угол, в котором можно наблюдать результирующее гамма-излучение. Это соответствует измерениям, приведенным ранее при помощи космических датчиков гамма-излучения. Мы предполагаем, что лавины электронов могут демонстрировать поведение, которое мы описали в работе, в разных областях с неоднородным электрическим полем, поскольку единственным необходимым условием является достижение тормозным излучением следующей ячейки, в которой развиваются другие лавины. Следовательно, исследование структуры электрического поля грозы имеет решающее значение для понимания физики электронных лавин и гамма-излучения», — дополняет Егор Стадничук, научный сотрудник лаборатории методов ядерно-физических экспериментов МФТИ.