Hurtige magnetoakustiske bølger og magnetfeltmålinger i solkoronaen med lavfrekvent array

Hurtige magnetoakustiske bølgetog er en lovende seismologisk sonde af solens korona, afsløre den magnetiske forbindelse og give en vurdering af den absolutte værdi af det koronale magnetfelt. Lavfrekvente radioobservationer muliggør detektering af hurtige bølgetog i midter- og øvre korona, over synsfeltet af EUV-billedapparater og spektrografer, via moduleringen af ​​radioemissionen ved variationerne i elektronkoncentrationen.

Forskere har nu præsenteret den første identifikation af et kvasi-periodisk hurtigt magnetoakustisk bølgetog, der forplanter sig i den midterste korona, i den fine struktur af et metrisk type III radioburst (se figur 1). En sådan direkte association af den observerede kvasi-periodiske striation i type III-emissionen med en specifik MHD-bølge udføres for første gang er dette arbejde.

Det analyserede udbrud blev observeret med LOFAR. Det dynamiske spektrum af burst har en fin struktur repræsenteret af langsomt drivende kvasi-periodiske striae (Figur 2, venstre panel), hvilket indikerer, at elektronstrålen, der frembringer udbruddet, forplanter sig opad gennem koronalplasmaet, der er modificeret af en vandrende kompressionsbølge, hvis fasehastighed er meget lavere end strålens.

Analyse af det dynamiske spektrum afslører tilstedeværelsen af ​​to kvasi-oscillerende komponenter mellem ca. 35 MHz og 39 MHz (det vil sige 1,6 MHz) R _¤ til 1,7 R _¤ under antagelse af Newkirk-densitetsmodellen af ​​solatmosfæren):en med bølgelængden på 2 Mm, formerer sig ved 657 km s ^-1 , hvilket giver en svingningsperiode på 3 s; og en anden med bølgelængden på 12 Mm, hvis fasehastighed ikke kan estimeres på grund af detekteringens korte frekvensområde. Over 1.7 R _¤ , radiofluxen opfører sig ret stokastisk, uden nogen udtalt periodisk komponent (jf. papir af  Chen et al. 2018).

Modulationsmekanisme

De detekterede karakteristika af den kortere bølgelængde rejsebølge tyder på en association med en af ​​de hurtige MHD-tilstande. Det er meget usandsynligt, at Alfvén-bølgen vil producere den observerede kohærente svingning på grund af dens lokale, ikke-kollektiv natur og faseblanding. Mekanismen, der er ansvarlig for den observerede 3-sekunders periodicitet af Alfvén-bølgerne, er også uklar. I modsætning, de observerede karakteristika af bølgebevægelsen er i overensstemmelse med egenskaberne for dispersive hurtige magnetoakustiske bølgetog, kompressivt kvasi-periodisk bølgemønster, som let kunne modulere Langmuir-bølger (f.eks. Kontar 2001), styret af en feltjusteret plasma-uensartethed, allerede opdaget i solkoronaen.

I denne fortolkning, den observerede periodicitet er resultatet af bølgelederdispersionen, og er i overensstemmelse med både de teoretiske estimeringer (se f.eks. Li et al. 2018 og referencer deri) og tidligere observationer i det synlige lys (f.eks. Williams et al. 2002) og decimetriske og mikrobølgebånd (f.eks. Mészárosová et al. 2011) ved lavere højder. I dette scenarie, en hurtig bredbåndsmagnetoakustisk puls udbreder sig langs en feltjusteret magnetisk uensartethed, der fungerer som en bølgeleder, og udvikler sig gradvist i et kvasi-periodisk bølgetog på grund af bølgelederspredningen. En elektronstråle følger det samme magnetiske fluxrør og interagerer med plasmaet. Plasmakoncentrationen er lokalt moduleret af det hurtige bølgetog. Stråle-plasma-interaktionen genererer den kvasi-periodisk modulerede radioemission observeret af LOFAR.

I den aktuelle undersøgelse, forskerne foreslår en simpel kvantitativ model, der forklarer den observerede modulation af radiofluxen baseret på omfordelingen af ​​radioemissionsintensiteten på rumlige kvasi-periodiske plasmatæthedsforstyrrelser i den hurtige bølge (figur 3). Den elektromagnetiske emissionsintensitet i en bestemt frekvenskanal antages at være proportional med mængden af ​​plasma i det emitterende volumen. Baggrundsplasmatætheden forstyrret af bølgen fører til forekomsten af ​​toppe ved de tilsvarende plasmafrekvenser, som svarer til emissionen, der kommer fra områderne med den laveste radiale tæthedsgradient. Tilpasning af denne model til det observerede dynamiske spektrum (figur 2, højre panel) giver os den relative amplitude af det udbredende hurtige bølgetog, hvilket er omkring 0,35 procent eller 2 km s ^-1 .

Magnetfeltestimering

Behandling af den detekterede udbredelseshastighed af bølgen som en hurtig hastighed og fiksering af andre parametre i plasmaet til deres typiske værdier ved den observerede højde 1,7 R _¤ , forskerne vurderer værdien af ​​Alfvén-hastigheden i denne højde til at være omkring 622 km s ^-1 . Ved at bruge denne værdi, de bestemte magnetfeltstyrken til at være omkring 1,1 G, hvilket er i overensstemmelse med den radiale model af magnetfeltet.

Denne observation er den højeste detektion af et hurtigt magnetoakustisk bølgetog i solatmosfæren i radiobåndet. Bølgelængden af ​​de detekterede hurtige bølger er for kort til at tillade brugen af ​​billedspektroskopi med LOFAR. Imidlertid, de rumligt ikke-opløste observationer fortolket som hurtige bølger i længere perioder i andre begivenheder (se f.eks. CESRA nugget af Goddard et al.) tyder på, at billeddannelsesspektroskopien med LOFAR kunne anvendes til analysen af ​​lignende begivenheder.