Исследование гелиосейсмологии обнаружило новый компонент в солнечных супергранулах, который может изменить понимание солнечной конвекции

Новое исследование из CASS в NYUAD показало, что нисходящие потоки в солнечных супергранулах слабее, чем предполагалось

Команда физиков из Центра астрофизики и космических наук Нью-Йоркского университета в Абу-Даби (CASS) под руководством научного сотрудника Криса С. Хэнсона (Chris S. Hanson), доктора философии, раскрыла внутреннюю структуру солнечных супергранул, которые играют ключевую роль в переносе тепла от скрытой внутренней части Солнца на его поверхность. Анализ супергранул, проведённый исследователями, бросает вызов нынешнему пониманию солнечной конвекции.

Солнце генерирует энергию в своём ядре посредством ядерного синтеза, а затем эта энергия переносится на поверхность, откуда выходит в виде солнечного света. В недавно опубликованном исследовании в журнале Nature Astronomy, учёные описали использование доплеровских изображений, полученных с помощью гелиосейсмического и магнитного формирователя изображения (HMI) на борту космического аппарата NASA Solar Dynamics Observatory (SDO), чтобы идентифицировать и охарактеризовать около 23 000 супергранул на Солнце.

Поскольку поверхность Солнца непрозрачна для света, исследователи из Нью-Йоркского университета использовали звуковые волны, чтобы исследовать внутреннюю структуру супергранул. Эти звуковые волны, генерируемые более мелкими гранулами и присутствующие повсюду на Солнце, ранее успешно использовались в области гелиосейсмологии.

Художественная иллюстрация супергранул Солнца. Супергранулы переносят тепло вблизи поверхности и примерно в 3 раза шире Земли. Горячий материал изнутри солнца поднимается на поверхность, охлаждается и переворачивается, прежде чем опуститься обратно внутрь. Учёные используют звуковые волны, чтобы «заглянуть» под поверхность, которая выглядит как рябь на поверхности. Источник: Melissa Weiss

Анализируя обширный набор данных о супергранулах, которые, по оценкам, простираются на 20 000 километров (~3% вглубь) под поверхностью Солнца, учёные смогли с беспрецедентной точностью определить восходящие и нисходящие потоки, связанные с супергранулярным переносом тепла. Помимо вывода о том, насколько глубоко простираются супергранулы, исследователи также обнаружили, что нисходящие потоки оказались примерно на 40% слабее, чем восходящие, что позволяет предположить, что в нисходящих потоках отсутствовал какой-то компонент.

Через моделирование и теоретические аргументы авторы предполагают, что «недостающий» или невидимый компонент может состоять из небольших (около 100 километров) шлейфов, которые переносят более холодную плазму внутрь Солнца. Звуковые волны на Солнце были бы слишком сильными, чтобы ощутить эти шлейфы, из-за чего нисходящие потоки казались бы слабее. Эти результаты не могут быть объяснены широко используемым описанием солнечной конвекции на основе длины смешивания.

«Супергранулы являются важным компонентом механизмов теплопереноса Солнца, но они представляют собой серьёзную проблему для понимания учеными», — сказал Шраван Ханасоге (Shravan Hanasoge), доктор философии, профессор-исследователь, соавтор статьи и исследователь CASS.

Исследование было проведено в рамках CASS при NYUAD (Нью-Йоркский университет в Абу-Даби) в сотрудничестве с Институтом фундаментальных исследований Тата, Принстонским университетом и Нью-Йоркским университетом с использованием высокопроизводительных вычислительных ресурсов NYUAD.