science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Langmuir-golfbeweging waargenomen in de meest intense radiobronnen in de lucht

Figuur 1. Dynamische spectra (links) en bijbehorende radiocontouren (rechts) van een zonne-type III radio-uitbarsting waargenomen door LOFAR op 24 juni 2015 om 12:18:20 UT. De LOFAR-contouren zijn op 75% van de piekflux van de type III bursts gaande van 40 MHz tot 30 MHz in de kleurvolgorde wit-blauw-groen-geel-rood. De LOFAR-straalcontour bij 75% voor 30 MHz wordt in de linkerbovenhoek in het wit weergegeven. De achtergrond is de zon in EUV bij 171 Angstrom waargenomen door AIA. Krediet:afbeelding van Reid &Kontar, Natuurastronomie , 2021.

De zon produceert routinematig energetische elektronen in de buitenste atmosfeer die vervolgens door de interplanetaire ruimte reizen. Deze elektronenbundels genereren Langmuir-golven in het achtergrondplasma, het produceren van type III radio-uitbarstingen die de helderste radiobronnen in de lucht zijn (Suzuki en Dulk, 1985). Deze zonne-radio-uitbarstingen bieden ook een unieke kans om de versnelling en het transport van deeltjes te begrijpen, wat belangrijk is voor onze voorspelling van extreme ruimteweergebeurtenissen in de buurt van de aarde. Echter, de vorming en beweging van type III fijne frequentiestructuren (zie figuur 1) is een puzzel, maar algemeen wordt aangenomen dat het verband houdt met plasmaturbulentie in de zonnecorona en zonnewind.

Een recent werk van Reid en Kontar combineert een theoretisch kader met kinetische simulaties en hoge-resolutie radiotype III-waarnemingen met behulp van de Low Frequency Array (LOFAR) en toont kwantitatief aan dat de fijne structuren worden veroorzaakt door de bewegende intense klompen van Langmuir-golven in een turbulente medium. Deze resultaten laten zien hoe type III fijne structuur kan worden gebruikt om op afstand de intensiteit en het spectrum van drukdichtheidsfluctuaties te analyseren, en kan omgevingstemperaturen in astrofysisch plasma afleiden, beide hebben het huidige diagnostische potentieel van zonne-radio-emissie aanzienlijk vergroot.

De fijne radiostructuren (Figuur 1) hebben een kleine frequentieafwijking die wordt veroorzaakt door de beweging van Langmuir-golfklonten die met hun groepssnelheid door de ruimte bewegen. Het meten van deze frequentiedrift (Figuur 2) onthult de Langmuir-golfgroepsnelheid, en vervolgens de thermische achtergrondsnelheid. Deze nieuwe techniek vergroot de reikwijdte van zonne-radio-uitbarstingen die kunnen worden gebruikt als diagnostische plasmatemperatuur op afstand. De waarneming leidt tot een corresponderende coronale plasmatemperatuur rond 1,1 MK. De radiofijne structuur biedt ook een extra manier om de bulksnelheid van de elektronenbundel te schatten, die meestal wordt geregeld door de energiedichtheid van de bundel.

Figuur 2. Vergroting van één type III fijne structuur uit de LOFAR-gegevens (links) en de simulaties (rechts). De zwarte stippellijnen tonen een lineaire pasvorm voor de drift, schatten van een constante snelheid van 0,69 Mm/s voor de waargenomen type III burst en 0,6 Mm/s voor de gesimuleerde type III burst. Krediet:afbeelding van Reid &Kontar, Natuurastronomie , 2021.

Samengevat, de resultaten creëren een raamwerk voor het benutten van het diagnostische potentieel van de fijne structuur van radiobursts om plasmatemperaturen en dichtheidsturbulentie te schatten. Dit nieuwe potentieel is vooral relevant gezien de verbeterde resolutie van new-age radiotelescopen op de grond die veel fijnere structuren oplossen die afkomstig zijn van de zonnecorona. Bovendien, de nabijheid van Parker Solar Probe en Solar Orbiter tot radio-emissie afkomstig van de zeer hoge corona of zonnewind, en dus hogere gevoeligheid, maakt het mogelijk om fijne structuren in situ te detecteren.