Forskere måler den udviklende energi af et soludbrudseksplosiv de første minutter

Mod slutningen af ​​2017, et massivt nyt område af magnetfelt brød ud på Solens overflade ved siden af ​​en eksisterende solplet. Den kraftige kollision af magnetisk energi frembragte en række kraftige soludbrud, forårsager turbulente rumvejrforhold på Jorden. Dette var de første flammer, der blev fanget, i deres øjeblik for øjeblik progression, af NJIT's dengang for nylig åbnede Expanded Owens Valley Solar Array (EOVSA) radioteleskop.

I forskning offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , solforskerne, der optog disse billeder, har for første gang nogensinde fundet præcist, hvornår og hvor eksplosionen frigav den energi, der opvarmede udspyende plasma til energier svarende til 1 milliard grader i temperatur.

Med data indsamlet i mikrobølgespektret, de har været i stand til at give kvantitative målinger af den udviklende magnetiske feltstyrke direkte efter flammens antændelse og har sporet dens omdannelse til andre energiformer - kinetiske, termisk og supertermisk - der driver flammens eksplosive 5-minutters tur gennem koronaen.

Til dato, disse ændringer i koronaens magnetfelt under en flare eller anden storstilet udbrud er kun blevet kvantificeret indirekte, fra ekstrapoleringer, for eksempel, af magnetfeltet målt ved fotosfæren - Solens overfladelag set i hvidt lys. Disse ekstrapolationer tillader ikke præcise målinger af de dynamiske lokale ændringer af magnetfeltet i lokaliteterne og på tidsskalaer, der er korte nok til at karakterisere blussens energifrigivelse.

"Vi har været i stand til at udpege den mest kritiske placering af den magnetiske energifrigivelse i koronaen, " sagde Gregory Fleishman, en fremtrædende forskningsprofessor i fysik i NJIT's Center for Solar-Terrestrial Research og forfatter til papiret. "Dette er de første billeder, der fanger mikrofysikken i en flare - den detaljerede kæde af processer, der forekommer på små rumlige og tidsmæssige skalaer, der muliggør energiomdannelsen."

Ved at måle faldet i magnetisk energi, og den samtidige styrke af det elektriske felt i regionen, de er i stand til at vise, at de to stemmer overens med loven om energibevarelse således er i stand til at kvantificere partikelaccelerationen, der driver soludbruddet, herunder det tilhørende udbrud og plasmaopvarmning.

Disse grundlæggende processer er de samme som dem, der finder sted i de mest kraftfulde astrofysiske kilder, inklusive gammastråleudbrud, samt i laboratorieforsøg af interesse for både grundforskning og generering af praktisk fusionsenergi.

Med 13 antenner, der arbejder sammen, EOVSA tager billeder ved hundredvis af frekvenser i intervallet 1-18 GHz, herunder optisk, ultraviolet, røntgenstråler og radiobølgelængder, inden for et sekund. Denne forbedrede evne til at kigge ind i flares mekanik åbner nye veje til at undersøge de kraftigste udbrud i vores solsystem, som antændes af genforbindelsen af ​​magnetiske feltlinjer på Solens overflade og drives af lagret energi i dens korona.

"Mikrobølgeemission er den eneste mekanisme, der er følsom over for det koronale magnetfeltmiljø, så det unikke, højkadens EOVSA mikrobølgespektralobservationer er nøglen til at muliggøre denne opdagelse af hurtige ændringer i magnetfeltet, " bemærkede Dale Gary, en fremtrædende professor i fysik ved NJIT, EOVSA's direktør og medforfatter til papiret. "Målingen er mulig, fordi de højenergielektroner, der rejser i det koronale magnetfelt, dominerende udsender deres magnetisk følsomme stråling i mikrobølgeområdet."

Før EOVSA's observationer, der var ingen måde at se det enorme område af rummet, over hvilket højenergipartikler accelereres og derefter bliver tilgængelige for yderligere acceleration af de kraftige chokbølger drevet af flare-udbruddet, hvilken, hvis det er rettet mod jorden, kan ødelægge rumfartøjer og bringe astronauter i fare.

"Forbindelsen af ​​de flare-accelererede partikler til dem, der accelereres af stød, er en vigtig brik i vores forståelse af, hvilke begivenheder der er godartede, og hvilke udgør en alvorlig trussel, " sagde Gary.

Lidt over to år efter, at det udvidede array begyndte at fungere, den genererer automatisk mikrobølgebilleder af Solen og gør dem tilgængelige for det videnskabelige samfund på en daglig basis. Efterhånden som solaktiviteten stiger i løbet af den 11-årige solcyklus, de vil blive brugt til at levere de første daglige koronale magnetogrammer, kort over magnetfeltstyrke 1, 500 miles over Solens overflade.