Временная эволюция веерной вспышки, наблюдаемая SDO/AIA на расстоянии 171 Å 24 сентября 2014 г. (а) Начальная фаза вспышки веера позвоночника (рис. 1), зафиксированная в 17:48:11 UT. (б) Основная вспышка (красная, большая рамка) и удаленный источник освещения (синяя, меньшая рамка). (c) Разностное изображение, показывающее наличие эруптивной плазмы. Источник: Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества (2024 г.). DOI: 10.1093/mnras/stae1511
Солнечные вспышки — это чрезвычайно интенсивные события, которые происходят в атмосфере Солнца и длятся от нескольких минут до нескольких часов. Согласно стандартной модели солнечных вспышек, энергия, вызывающая эти взрывы, переносится ускоренными электронами, устремляющимися в хромосферу из области магнитного пересоединения в короне.
Когда электроны сталкиваются с хромосферной плазмой, они выделяют свою энергию в плазму, которая тем самым нагревается и ионизируется. Они также вызывают интенсивное излучение в нескольких диапазонах электромагнитного спектра. Области, в которых выделяется энергия, называются «основаниями» солнечных вспышек и обычно возникают в виде магнитно связанных пар.
Недавнее исследование было направлено на проверку достоверности Стандартной модели путем сравнения результатов компьютерного моделирования, основанного на модели, с данными наблюдений, предоставленными телескопом МакМас-Пирс во время солнечной бури SOL2014-09-24T17:50. Исследование было сосредоточено на измерении временных задержек между инфракрасными излучениями от двух парных хромосферных источников во время шторма и было опубликовано в журнале «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества».
«Мы обнаружили значительную разницу между данными наблюдений телескопа и поведением, предсказанным моделью. В данных наблюдений парные опорные точки выглядели как две очень яркие области хромосферы», — сказал Пауло Хосе де Агиар Симойнс, ведущий автор статьи и профессор Центра радиоастрономии и астрофизики (CRAAM) инженерного факультета университета. Пресвитерианский университет Маккензи (EE-UPM) в Сан-Паулу, Бразилия.
«Поскольку входящие электроны покидали одну и ту же область короны и следовали по одинаковым путям, согласно модели, два пятна в хромосфере должны были стать ярче почти одновременно. Однако данные наблюдений показали задержку между ними в 0,75 секунды».
Задержка в 0,75 секунды может показаться несущественной, но исследователи подсчитали, что максимальная задержка по модели должна составлять 0,42 секунды с учетом всех возможных геометрических конфигураций. Фактическая стоимость была почти на 80% выше.
«Мы использовали сложную статистическую технику для определения временных задержек между парами опорных точек и оценивали неопределенности для этих значений с помощью метода Монте-Карло. Кроме того, результаты были проверены с помощью моделирования переноса электронов и моделирования радиационной гидродинамики», — сказал Симойнс.
«Используя все эти ресурсы, мы смогли построить различные сценарии времени полета электронов между короной и хромосферой, а также времени образования инфракрасного излучения. Все сценарии, основанные на моделировании, показали гораздо меньшие временные задержки, чем данные наблюдений».
Один из проверенных сценариев включал спиральное движение и магнитный захват электронов в короне.
«Используя моделирование переноса электронов, мы исследовали сценарии, включающие магнитную асимметрию между основаниями вспышек. Мы ожидали, что временная задержка входа электронов в хромосферу будет пропорциональна разнице напряженности 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 в нижних точках были очень похожими, что позволяет предположить одинаковое количество электронов, отложившихся в этих областях, и исключает это как причину наблюдаемых задержек во времени эмиссии», — сказал он.
Радиационное гидродинамическое моделирование также показало, что временные рамки ионизации и рекомбинации в хромосфере слишком малы, чтобы объяснить задержки.
«Мы смоделировали временные рамки инфракрасного излучения. Мы рассчитали транспорт электронов в хромосферу, выделение энергии электронов и ее влияние на плазму: нагрев, расширение, ионизацию и рекомбинацию атомов водорода и гелия, а также излучение, генерируемое при место, ведущее к выбросу избыточной энергии», — сказал Симойнс.
«Инфракрасное излучение возникает из-за увеличения электронной плотности в хромосфере вследствие ионизации водорода, который изначально находится в нейтральном состоянии в плазме. Моделирование показало, что ионизация и инфракрасное излучение происходят почти мгновенно из-за проникновения ускоренных электронов и, следовательно, не могут объяснить задержку в 0,75 секунды между выбросами базовой точки».
Таким образом, ни один из процессов, смоделированных по модели, не смог объяснить данные наблюдений. Вывод исследователей был в некоторой степени очевиден: стандартную модель солнечных вспышек необходимо переформулировать, как того требует научный метод.
«Наблюдаемая временная задержка между хромосферными источниками бросает вызов стандартной модели переноса энергии электронного пучка. Более длительная задержка предполагает, что могут быть задействованы другие механизмы транспортировки энергии. Для объяснения наблюдаемой задержки могут потребоваться, среди прочего, такие механизмы, как магнитозвуковые волны или кондуктивный транспорт. Эти дополнительные механизмы следует принять во внимание для достижения полного понимания солнечных вспышек», — сказал Симойнс.
