Быстрые магнитоакустические волновые последовательности представляют собой многообещающий сейсмологический зонд солнечной короны, выявляющий магнитную связь и позволяющий оценить абсолютную величину коронального магнитного поля. Низкочастотные радионаблюдения позволяют обнаруживать быстрые волны в средней и верхней короне, выше поля зрения EUV-сканеров и спектрографов, посредством модуляции радиоизлучения путем изменения концентрации электронов.

Рис. 1. Схематическое резюме, иллюстрирующее качественный сценарий генерации квазипериодической страты в динамическом спектре всплеска типа III с помощью распространяющейся серии быстрых магнитоакустических волн. Фото: Колотков и др. (2018)

Исследователи представили первую идентификацию квазипериодической быстрой магнитоакустической волновой последовательности, распространяющейся в средней короне, в тонкой структуре радиопередачи метрического типа III (см. Рисунок 1). Такая прямая связь наблюдаемой квазипериодической страты в излучении типа III со специфической МГД-волной проводится впервые в этой работе.

Анализируемый взрыв наблюдали с LOFAR. Динамический спектр вспышки имеет тонкую структуру, представленную медленно дрейфующими квазипериодическими штрихами (рис. 2, левая панель), что указывает на то, что электронный луч, производящий вспышку, распространяется вверх через корональную плазму, измененную бегущей сжимающей волной, фазовая скорость намного ниже, чем у луча.

Анализ динамического спектра показывает наличие двух квази-колебательных компонентов между приблизительно 35 МГц и 39 МГц (то есть от 1,6 R до 1,7 R ¤ в предположении модели плотности Солнечной атмосферы Ньюкирка): один с длиной волны 2 Mm, распространяющийся со скоростью 657 км / с, что дает период колебаний 3 с; и другой с длиной волны 12 мм, чья фазовая скорость не может быть оценена из-за короткого частотного диапазона обнаружения. Выше 1,7 R the радиопоток ведет себя довольно стохастически, без ярко выраженной периодической составляющей (см. Статью Chen et al. 2018).

фрагмент солнечного радиовсплеска типа III

Рисунок 2. Слева: фрагмент солнечного радиовсплеска типа III произошел 16 апреля 2015 года и наблюдался LOFAR. Прямые зеленые линии показывают подгонку наблюдаемых бороздок линейными функциями. Области явного скопления бороздок на три отдельные группы обозначены как «I», «II» и «III» и разделены горизонтальными пунктирными линиями. Справа: смоделированный всплеск, созданный механизмом, показанным на рисунках 1 и 3. Белая пунктирная линия показывает моменты времени максимального радиопотока на каждой частоте наблюдения. Фото: Колотков и др. (2018)

Механизм модуляции

Обнаруженные характеристики бегущей волны с более короткой длиной волны предполагают связь с одной из быстрых МГД-мод. Волна Альфвена очень маловероятна для создания наблюдаемого когерентного колебания из-за ее локальной, неколлективной природы и фазового смешения. Механизм, ответственный за наблюдаемую 3-секундную периодичность альфвеновских волн, также неясен. Напротив, наблюдаемые характеристики волнового движения согласуются со свойствами дисперсионных быстрых магнитоакустических волновых рядов, сжимающей квазипериодической волновой картины, которая может легко модулировать волны Ленгмюра (например, Kontar 2001), руководствуясь неоднородностью плазмы с выравниванием поля, уже обнаружено в солнечной короне.

В этой интерпретации наблюдаемая периодичность является результатом дисперсии волновода и согласуется как с теоретическими оценками (см., Например, Li et al. 2018 и ссылки в них), так и с предыдущими наблюдениями в видимом свете (например, Williams et al. 2002) и дециметрическими и микроволновые полосы (например, Mészárosová et al. 2011) на более низких высотах. В этом сценарии широкополосный быстрый магнитоакустический импульс распространяется вдоль выровненной по полю магнитной неоднородности, действующей как волновод, и постепенно развивается в квазипериодической волновой последовательности из-за дисперсии волновода. Электронный пучок следует по той же трубке магнитного потока и взаимодействует с плазмой. Концентрация плазмы локально модулируется цепью быстрых волн. Взаимодействие пучок-плазма генерирует квазипериодически модулированное радиоизлучение, наблюдаемое LOFAR.

В настоящем исследовании исследователи предлагают простую количественную модель, объясняющую наблюдаемую модуляцию радиопотока, основанную на перераспределении интенсивности радиоизлучения на пространственно-квазипериодических возмущениях плотности плазмы в быстрой волне (рис. 3). Предполагается, что интенсивность электромагнитного излучения в определенном частотном канале пропорциональна количеству плазмы в излучающем объеме. Фоновая плотность плазмы, возмущенная волной, приводит к появлению пиков на соответствующих плазменных частотах, которые соответствуют излучению, исходящему из областей с наименьшим градиентом радиальной плотности. Подгонка этой модели к наблюдаемому динамическому спектру (рисунок 2, правая панель) дает нам относительную амплитуду распространяющейся быстрой волны, которая составляет около 0,35% или 2 км / с.

Механизм генерации квазипериодических бороздок в наблюдаемом радиовсплеске III типа

Рисунок 3. Механизм генерации квазипериодических бороздок в наблюдаемом радиовсплеске III типа. Заштрихованные области показывают спектральное разрешение LOFAR, частотные каналы шириной 12 кГц, умноженные в 10 раз для лучшей визуализации, в пределах которой рассчитывается интенсивность излучения. Черные (красные) линии показывают невозмущенный (возмущенный колебанием плотности гармоник) профиль плотности плазмы Ньюкирка (слева) и соответствующую интенсивность излучения (справа). Фото: Колотков и др. (2018)

Оценка магнитного поля

 Рассматривая обнаруженную скорость распространения волны как быструю скорость и фиксируя другие параметры плазмы к их типичным значениям на наблюдаемой высоте 1.7 R ¤, исследователи оценивают значение альфвеновской скорости на этой высоте, равное примерно 622 км с- 1. Используя это значение, они определили, что напряженность магнитного поля составляет около 1,1 Гс, что согласуется с радиальной моделью магнитного поля.

Это наблюдение является наивысшим обнаружением быстрой магнитоакустической волновой последовательности в солнечной атмосфере в радиодиапазоне. Длина волны обнаруженных быстрых волн слишком коротка, чтобы можно было использовать спектроскопию визуализации с LOFAR. Тем не менее, пространственно неразрешенные наблюдения, интерпретируемые как более длинные периодические быстрые волны в других событиях (см., Например, слепок CESRA Годдарда и др.), Позволяют предположить, что спектроскопия изображений с LOFAR может быть применена для анализа подобных событий.

По материалам phys.org