Временная эволюция вспышки типа «спина-веер», наблюдавшейся на расстоянии 171 Å телескопом SDO/AIA 24 сентября 2014 года. (a) Начальная фаза вспышки типа «спина-веер» (рис. 1), зарегистрированная в 17:48:11 UT. (b) Основная вспышка (красный, больший прямоугольник) и удаленный источник яркости (синий, меньший прямоугольник). (c) Изображение с бегущей разностью, подчеркивающее присутствие эруптивной плазмы. Источник: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae1511
Солнечные вспышки — это чрезвычайно интенсивные события, происходящие в атмосфере Солнца, длящиеся от нескольких минут до нескольких часов. Согласно стандартной модели вспышек, энергия, вызывающая эти взрывы, переносится ускоренными электронами, которые устремляются из области магнитного пересоединения в короне в хромосферу.
Когда электроны сталкиваются с хромосферной плазмой, они передают свою энергию плазме, которая в результате нагревается и ионизируется. Они также вызывают интенсивное излучение в нескольких диапазонах электромагнитного спектра. Области, в которых энергия откладывается, называются «точками опоры» солнечной вспышки, которые обычно появляются в магнитно-связанных парах.
Недавнее исследование было направлено на проверку обоснованности стандартной модели путем сравнения результатов компьютерного моделирования, основанного на модели, с данными наблюдений, предоставленными телескопом Макмат-Пирс во время солнечной вспышки SOL2014-09-24T17:50. Исследование было сосредоточено на измерении временных задержек между инфракрасными излучениями от двух парных хромосферных источников во время вспышки и опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
«Мы обнаружили значительную разницу между данными наблюдений с телескопа и поведением, предсказанным моделью. В данных наблюдений парные опорные точки выглядели как две очень яркие области хромосферы», — сказал Пауло Жозе де Агиар Симойнс, первый автор статьи и профессор, связанный с Центром радиоастрономии и астрофизики (CRAAM) в Инженерной школе Пресвитерианского университета Маккензи (EE-UPM) в Сан-Паулу, Бразилия.
«Поскольку падающие электроны выходили из одной и той же области короны и следовали по схожим траекториям, два пятна должны были стать ярче в хромосфере почти одновременно, согласно модели, но данные наблюдений показали задержку в 0,75 секунды между ними».
Задержка в 0,75 с может показаться несущественной, но исследователи подсчитали, что максимальная задержка согласно модели должна составлять 0,42 с с учетом всех возможных геометрических конфигураций. Фактическое число было почти на 80% выше.
«Мы использовали сложную статистическую технику для определения временных задержек между парами опорных точек и оценили неопределенности для этих значений методом Монте-Карло. Кроме того, результаты были проверены с помощью моделирования электронного транспорта и моделирования радиационной гидродинамики», — сказал Симоеш.
«Используя все эти ресурсы, мы смогли построить различные сценарии для времени пролета электронов между короной и хромосферой и времени генерации инфракрасного излучения. Все сценарии, основанные на моделировании, показали гораздо меньшие временные задержки, чем данные наблюдений».
Один из протестированных сценариев был для спирали и магнитного захвата электронов в короне.
«Используя моделирование переноса электронов, мы исследовали сценарии, включающие магнитную асимметрию между основаниями вспышек. Мы ожидали, что задержка времени проникновения электронов в хромосферу будет пропорциональна разнице в интенсивности магнитного поля между основаниями, что также увеличит разницу в количестве электронов, достигающих хромосферы из-за эффекта магнитного захвата.
«Однако наш анализ данных рентгеновских наблюдений показал, что интенсивности оснований очень похожи, что указывает на схожее количество электронов, осажденных в этих областях, и исключает это как причину наблюдаемых задержек времени излучения», — сказал он.
Радиационно-гидродинамическое моделирование также показало, что временные шкалы ионизации и рекомбинации в хромосфере были слишком короткими, чтобы объяснить задержки.
«Мы смоделировали временную шкалу инфракрасного излучения. Мы рассчитали перенос электронов в хромосферу, выделение энергии электронами и его влияние на плазму: нагрев; расширение; ионизацию и рекомбинацию атомов водорода и гелия; и излучение, производимое на месте, которое имеет эффект высвобождения избыточной энергии», — сказал Симойнс.
«Инфракрасное излучение возникает в результате увеличения электронной плотности в хромосфере из-за ионизации водорода, который изначально находится в нейтральном состоянии в плазме. Моделирование показало, что ионизация и инфракрасное излучение происходят практически мгновенно из-за проникновения ускоренных электронов, и поэтому не может объяснить задержку в 0,75 секунды между точечными излучениями».
В целом, ни один из процессов, смоделированных в соответствии с моделью, не оказался способным объяснить данные наблюдений. Вывод, сделанный исследователями, был в некоторой степени очевиден: стандартную модель солнечных вспышек необходимо переформулировать, как того требует научный метод.
«Временная задержка, наблюдаемая между хромосферными источниками, бросает вызов стандартной модели переноса энергии электронным пучком. Более длительная задержка предполагает, что могут быть задействованы другие механизмы переноса энергии. Такие механизмы, как магнитозвуковые волны или кондуктивный перенос, среди прочих, могут быть необходимы для учета наблюдаемой задержки. Эти дополнительные механизмы следует учитывать для достижения полного понимания солнечных вспышек», — сказал Симоеш.
Дополнительная информация: Пауло Дж. А. Симоеш и др., Точное определение времени источников опор солнечных вспышек по наблюдениям в среднем инфракрасном диапазоне, Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae1511
Информация о журнале: Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества
Предоставлено FAPESP
