Type III-uitbarstingen behoren tot de sterkste radiosignalen die routinematig worden waargenomen door zowel instrumenten in de ruimte als op de grond. Ze worden gegenereerd via het plasma-emissiemechanisme, wanneer bundels van suprathermische elektronen interageren met het omringende plasma, het opwekken van radio-emissies bij de plasmafrequentie (de fundamentele emissie) of bij de tweede harmonische (de harmonische emissie). Terwijl de elektronenbundels zich vanaf de zon naar buiten voortplanten, radio-emissies worden gegenereerd op steeds lagere frequenties die overeenkomen met een afnemende plasmadichtheid van de omringende zonnewind. Type III bursts kunnen gelijktijdig worden gedetecteerd over een breed scala aan lengtegraden, en hun radiobronnen liggen op aanzienlijk grotere radiale afstanden dan voorspeld door elektronendichtheidsmodellen.

Deze obscure eigenschappen worden vaak toegeschreven aan de verstrooiing van radiogolven door inhomogeniteiten in de elektronendichtheid. Het ruimtevaartuig Parker Solar Probe (PSP), gelanceerd in augustus 2018, is een project van NASA om de buitenste corona van de zon te onderzoeken. Het belangrijkste wetenschappelijke doel is om de structuur en dynamiek van het coronale magnetische veld van de zon te bepalen, begrijpen hoe de zonnecorona en zonnewind worden verwarmd en versneld, en bepalen welke processen verantwoordelijk zijn voor zonne-energetische deeltjes. Een nieuwe studie rapporteert over een statistisch onderzoek van type III burst-vervaltijden en in-situ metingen van dichtheidsfluctuaties.

De onderzoekers analyseerden een groot aantal type III-uitbarstingen waargenomen door PSP tijdens het perihelium nr. 2 om hun exponentiële vervaltijden statistisch op te halen als een functie van frequentie (Figuur 1a). Gedurende deze periode, radiale afstanden van de zon varieerden van 35,7 tot 53,8 zonnestralen. Krupar et al. (2018) voerden een vergelijkbare analyse uit van 152 type III-bursts tussen 125 kHz en 1 MHz, waargenomen door het STEREO-ruimtevaartuig op 1 au. De verkregen spectrale index is ongeveer twee keer kleiner dan voor PSP.

De onderzoekers merken op dat een plasmafrequentie van 1 MHz - waarbij de helling verandert tussen STEREO en PSP - overeenkomt met een radiale afstand van acht zonnestralen, waar de zonnewindsnelheid typisch de Alfvén-snelheid overschrijdt, en de zonnewind wordt super-Alfvénic. Het is dus geen verrassing dat type III burst-eigenschappen veranderen rond een frequentie van 1 MHz als het achtergrondplasma aanzienlijk verandert. De wetenschappers merken op dat type III-bursts ook een maximale spectrale vermogensdichtheid bij 1 MHz vertonen.

Ze implementeerden een Monte Carlo-simulatietechniek om de rol van verstrooiing op vervaltijden te bestuderen. Van de aankomsttijden, ze berekenden de vervaltijden en vergeleken deze met die waargenomen door PSP. De resultaten suggereren dat het exponentiële verval van de waargenomen spectrale vermogensdichtheid kan worden verklaard door de verstrooiing van het radiosignaal door inhomogeniteiten in de dichtheid in de zonnewind. De relatieve elektronendichtheidsfluctuaties waren 0,09-0,22 bij de effectieve turbulentieschaallengte (Figuur b).

Samengevat, type III burst-vervaltijden tussen 1 en 10 MHz zijn statistisch langer dan verwacht op basis van eerdere waarnemingen bij lagere frequenties. Dit kan worden verklaard door verschillende omgevingsplasmaparameters boven het Alfvén-punt, of omdat de harmonische component boven 1 MHz bij voorkeur werd waargenomen. Als dat laatste waar is, variaties in exponentiële vervaltijden kunnen worden gebruikt om fundamentele en harmonische componenten binnen één enkele type III burst te onderscheiden. Door PSP-waarnemingen en Monte Carlo-simulaties te vergelijken, de onderzoekers voorspelden relatieve dichtheidsfluctuaties op radiale afstanden tussen 2,5 en 14 zonnestralen om te variëren van 0,22 tot 0,09.