Соединение энергичных электронов на Солнце и в гелиосфере с помощью рентгеновской и радиодиагностики, разработанной Д. Пайпа-Леоном и соавт.

Солнечные вспышки ускоряют электроны с высокой энергией. В то время как некоторые из них улетают в межпланетное пространство и создают солнечные радиовсплески III типа, электроны, взаимодействующие с солнечной атмосферой, создают жесткое рентгеновское излучение (HXR). С момента первых наблюдений их временной связи было проведено множество исследований, связанных с наблюдениями радиовсплесков III типа и излучений HXR (например, Кейн, 1972, 1981). Совсем недавно статистические исследования были проведены https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/02/aa52278-24/aa52278-24.html и Джеймсом и Вилмером (James & Vilmer, 2023) о связи между электронами, производящими излучение HXR, и свойствами корональных вспышек III типа, а также о связи с межпланетными вспышками III типа. Благодаря тому, что STIX и RPW теперь ведут непрерывные наблюдения на одном и том же космическом аппарате (Solar Orbiter), мы находимся в уникальном положении для изучения связи между вспышками HXR и межпланетными всплесками III типа.Недавнее исследование Пайпы-Леона и др. (2025) основано на результатах пятидневных наблюдений (17 ноября — 21 ноября) в 2020 году, когда STIX и RPW провели первые одновременные наблюдения рентгеновских вспышек и радиовсплесков III типа на Solar Orbiter. (Рисунок 1).

Рисунок 1. Наблюдения RPW/STIX с 18 ноября в 00:00 по восточному времени по 19 ноября в 18:00 по восточному времени. (Верхняя кривая) Сверху вниз: спектрограммы RPW-TNR (100-425 кГц) и RPW-HFR (425 кГц- 8 МГц), а также кривые блеска скорости счета STIX. Вертикальные линии указывают время наступления III типа. (Нижняя кривая) Для шести вспышек рентгеновские контуры наложены на EUV-изображения (EUI) в диапазоне 174 Å. Цветовое обозначение энергетического диапазона контуров такое же, как и на верхних панелях.

На рисунке 1 показано, что связь между двумя типами излучения не является однозначной, как уже было известно из предыдущих исследований. Самая сильная рентгеновская вспышка, зарегистрированная с энергией до 80 кэВ, не имеет аналогов III типа. Наиболее интенсивный всплеск IP III типа (событие 8) связан с относительно слабой вспышкой (не зафиксировано случаев, превышающих 16 кэВ). За весь период наблюдений было обнаружено, что 21 вспышка IP типа III и HXR были связаны во времени (в общей сложности 232 вспышки HXR, наблюдаемые STIX, и 32 вспышки IP типа III, наблюдаемые RPW).

Рисунок 2: Мероприятие состоится 17 ноября в 01:25 по восточному времени. (Слева сверху вниз): Спектрограммы RPW и скорости счета STIX, а также кривые блеска в различных диапазонах энергий наложены друг на друга. Время начала рентгеновской вспышки, время начала вспышки IP типа III и время соответствующего пика рентгеновского излучения отмечены вертикальными линиями пурпурного, синего и фиолетового цветов. (Справа) Рентгеновские контуры через выбранные промежутки времени, наложенные на изображение EUI/FSI в диапазоне 174 Å.

На рисунке 2 показано, что начало всплеска IP III типа не обязательно связано с первым пиком HXR вспышки или с самым энергичным пиком, но может быть связано с более поздними пиками. Это относится к большинству вспышек в нашей выборке. Только в шести случаях всплеск IP типа III во времени связан с основным пиком HXR. Задержки между началом всплесков IP типа III и временем соответствующих пиков HXR варьируются от нескольких секунд до примерно пяти минут, причем большинство из них составляют менее трех минут. Эти задержки соответствуют времени распространения электронов со скоростями около 0,1°C (типичным для электронов, генерирующих вспышки III типа) между моментом инжекции из низкой короны и местом, где они могут генерировать радиоизлучение в диапазоне частот от 6,52 МГц до 675 кГц. На рисунке 2 (справа) также показано, что изменения в морфологии источников HXR наблюдаются вблизи начала вспышек IP III типа. Это наблюдается во всех вспышках нашей выборки. Либо дополнительные источники рентгеновского излучения появляются вблизи ранее существовавших источников рентгеновского излучения на диске или на лимбе (см. рис. 2b), либо наблюдается удлинение источника рентгеновского излучения, когда активная область находится за лимбом (см. вспышки 12 и 13 на рис. 1).

Выводы

На рисунке 3 описан возможный сценарий, объясняющий появление новых источников рентгеновского излучения или удлинение источников рентгеновского излучения при вспышках вблизи лимба. Последовательные эпизоды переподключения приводят к появлению энергичных электронов в магнитных конфигурациях с различной связью с верхними слоями солнечной атмосферы. Первое событие переподключения происходит в нижней части короны и приводит к излучению HXR энергичных электронов. Этот первый эпизод не связан с радиовсплеском, поскольку энергетические частицы не имеют доступа к открытым силовым линиям. По мере изменения магнитной конфигурации выше в короне происходит новое пересоединение между замкнутыми и разомкнутыми силовыми линиями. Некоторые ускоренные электроны испускают рентгеновские лучи, а некоторые из них распространяются по разомкнутой силовой линии и вызывают вспышки III типа. Если активная область вспышки все еще находится на диске, новое событие повторного подключения приводит к появлению новых опорных точек. Слабые корональные источники также могут возникать на вершинах петель вблизи мест повторного подключения. Когда точки опоры закрыты (активная область рядом с конечностью или сзади), можно обнаружить эти коронарные источники и наблюдать новые источники, появляющиеся выше в короне в связи с новым эпизодом повторного подключения. Учитывая ограниченное пространственное разрешение или длительное время интегрирования, появление нового коронального источника может выглядеть как удлинение.

Наши результаты подтверждают важную роль взаимообменного пересоединения в доступе ускоренных вспышкой электронов к открытым силовым линиям магнитного поля, как ранее, например, в работе Krucker et al., 2008.

Рисунок 3: Карикатура для предлагаемый сценарий повторного подключения (адаптирован по материалам Glesener et al., 2012). Высвобождение энергии запускается возникающей петлей в активной области, встроенной в разомкнутые силовые линии. Происходит повторное подключение между замкнутой восходящей петлей и разомкнутой силовой линией магнитного поля. Энергичные электроны, движущиеся вдоль силовых линий пересоединения (оранжевые стрелки), создают сильное рентгеновское излучение в точках опоры (выделены синим цветом; они могут быть скрыты, если активная область находится позади лимба) и в корональных источниках (выделены пурпурным) вблизи места пересоединения (выделены красным). Они также могут улетучиваться вдоль открытой линии магнитного поля в короне по направлению к среде IP и вызывать вспышки III типа (выделены зеленым цветом).

На основе недавней статьи Пайпа-Леона, Д. и др. Соединение энергичных электронов на Солнце и в гелиосфере с помощью рентгеновской и радиодиагностики, Астрономия и астрофизика, том 694, id.A111, DOI: 10.1051/0004-6361/202452278

Список литературы

Глезенер Л., Крукер С., & Лин, Р. П. 2012, ApJ, 754, 9

Джеймс, Т., & Вилмер, Н. 2023, A&A, 673, A57

Кейн, С. Р. 1972, Сол. Phys., 27, 174

Кейн С. Р. 1981, ApJ, 247, 1113

Крукер С., Сент-Илер П., Крист С. и др. 2008, ApJ, 681, 644

 

 

Другие новости:

---