Исследование ставит под сомнение обоснованность стандартной модели солнечных вспышек

Временная эволюция вспышки «спина-веера», наблюдавшейся на 171 Å телескопом SDO/AIA 24 сентября 2014 г. (a) Начальная фаза вспышки «спина-веера» (рис.&nbsp;<a href="javascript:;" data-modal-source-id="fig1" class="link xref-fig" data-google-interstitial="false">1</a>), зарегистрированная в 17:48:11 ut. (b) Основная вспышка (красный, больший квадрат) и удаленный источник яркости (синий, меньший квадрат). (c) Изображение с бегущей разностью для выделения присутствия эруптивной плазмы. Автор: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae1511

Солнечные вспышки — 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.

«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 бы стать ярче в хромосфере в соответствии с моделью, но данные наблюдений показали задержку в 0,75 секунды между ними».

Задержка в 0,75 сек может показаться несущественной, но исследователи подсчитали, что максимальная задержка согласно модели должна составлять 0,42 сек с учетом всех возможных геометрических конфигураций. Фактическое число было почти на 80% выше.

«Мы использовали сложную статистическую методику для определения временных задержек между парами точек опоры и оценили неопределенности этих значений методом Монте-Карло. Кроме того, результаты были проверены с помощью моделирования электронного транспорта и радиационно-гидродинамического моделирования», — сказал Симойнш.

«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».

Одним из проверенных сценариев было закручивание электронов в спираль и магнитное удержание их 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 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 опорных точках очень похожи, что указывает на схожее количество электронов, депонированных в этих областях, и исключает это как причину наблюдаемых временных задержек излучения», - сказал он.

Радиационно-гидродинамическое моделирование также показало, что временные масштабы ионизации и рекомбинации в хромосфере слишком коротки, 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 приводит к высвобождению избыточной энергии», — сказал Симойнш.

«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 какой-то степени очевиден: стандартную модель солнечных вспышек необходимо переформулировать, как того требует научный метод.

«Наблюдаемая задержка между хромосферными источниками ставит под сомнение стандартную модель переноса энергии электронным пучком. Более длительная задержка предполагает, что могут быть задействованы другие механизмы переноса энергии. Для учета наблюдаемой задержки могут потребоваться такие механизмы, как магнитозвуковые волны или кондуктивный перенос, среди прочих. Эти дополнительные механизмы следует учитывать для достижения полного понимания солнечных вспышек», — сказал Симойнш.

Больше информации: Paulo JA Simões et al, Precise timing of solar flare footpoint sources from mid-infrared observations, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae1511

Источник: FAPESP