Солнечные вспышки — чрезвычайно интенсивные события, происходящие в атмосфере Солнца, длящиеся от нескольких минут до нескольких часов. Согласно стандартной модели вспышек, энергия, вызывающая эти взрывы, переносится ускоренными электронами, которые устремляются из области магнитного пересоединения в короне в хромосферу. Когда электроны сталкиваются с хромосферной плазмой, они передают свою энергию плазме, которая в результате нагревается и ионизируется. Они также вызывают интенсивное излучение в нескольких диапазонах электромагнитного спектра. Области, в которых энергия откладывается, называются «точками опоры» солнечных вспышек, которые обычно появляются в магнитно-связанных парах.
Недавнее исследование было направлено на проверку обоснованности стандартной модели путём сравнения результатов компьютерного моделирования на основе модели с данными наблюдений, предоставленными телескопом McMath-Pierce во время солнечной вспышки SOL2014-09-24T17:50. Исследование было сосредоточено на измерении временных задержек между инфракрасными излучениями от двух парных хромосферных источников во время вспышки.
«Мы обнаружили значительную разницу между данными наблюдений с телескопа и поведением, предсказанным моделью. В данных наблюдений парные опорные точки выглядели как две очень яркие области хромосферы. Поскольку электроны выходили из одной и той же области короны и следовали по схожим траекториям, два пятна должны были бы стать ярче в хромосфере в соответствии с моделью, но данные наблюдений показали задержку в 0,75 секунды между ними», — сказал Пауло Жозе де Агиар Симонс (Paulo José de Aguiar Simões), главный автор статьи, профессор, работающий в Центре радиоастрономии и астрофизики (CRAAM) в Инженерной школе Пресвитерианского университета Маккензи (EE-UPM) в Сан-Паулу (Бразилия).
Задержка в 0,75 секунды может показаться несущественной, но исследователи подсчитали, что максимальная задержка согласно модели должна составлять 0,42 секунды с учётом всех возможных конфигураций. Фактическое число оказалось почти на 80% выше.
«Мы использовали сложную статистическую методику для определения временных задержек между парами точек опоры и оценили неопределённости этих значений методом Монте-Карло. Кроме того, результаты были проверены с помощью моделирования электронного транспорта и радиационно-гидродинамического моделирования. Используя все эти ресурсы, мы смогли построить различные сценарии для времени пролёта электронов между короной и хромосферой и времени генерации инфракрасного излучения. Все сценарии, основанные на моделировании, показали гораздо меньшие временные задержки, чем данные наблюдений», — сказал Симонс.
Одним из проверенных сценариев было закручивание электронов в спираль и магнитное удержание их в короне. «Используя моделирование переноса электронов, мы исследовали сценарии, включающие магнитную асимметрию между основаниями вспышек. Мы ожидали, что задержка времени проникновения электронов в хромосферу будет пропорциональна разнице в напряжённости магнитного поля между основаниями, что также увеличит разницу в количестве электронов, достигающих хромосферы из-за эффекта магнитного захвата. Однако наш анализ данных рентгеновских наблюдений показал, что интенсивности в опорных точках очень похожи, что указывает на схожее количество электронов, депонированных в этих областях, и исключает это как причину наблюдаемых задержек во времени излучения», — добавил автор.
Радиационно-гидродинамическое моделирование также показало, что временные масштабы ионизации и рекомбинации в хромосфере слишком коротки, чтобы объяснить задержки. «Мы смоделировали временную шкалу инфракрасного излучения и рассчитали перенос электронов в хромосферу, выделение энергии электронами и его влияние на плазму: нагрев, расширение, ионизацию и рекомбинацию атомов водорода и гелия, а также излучение, производимое на месте, которое приводит к высвобождению избыточной энергии», — пояснил Симонс. Инфракрасное излучение возникает в результате увеличения электронной плотности в хромосфере из-за ионизации водорода, который изначально находится в нейтральном состоянии в плазме. Моделирование показало, что ионизация и инфракрасное излучение происходят практически мгновенно из-за проникновения ускоренных электронов, и поэтому не может объяснить задержку в 0,75 секунды между точечными излучениями
В целом, ни один из процессов, смоделированных в соответствии с моделью, не оказался способным объяснить данные наблюдений. Вывод, сделанный исследователями, был в некоторой степени очевиден: стандартную модель солнечных вспышек необходимо переформулировать.
«Наблюдаемая задержка между хромосферными источниками ставит под сомнение стандартную модель переноса энергии электронным пучком. Более длительная задержка предполагает, что могут быть задействованы другие механизмы переноса энергии. Для учёта наблюдаемой задержки могут потребоваться такие механизмы, как магнитозвуковые волны или кондуктивный перенос, среди прочих», — заключил гелиофизик.