Skip to main content

ALF-radio-uitbarstingen: vroege tekenen van plasmagolven in zonnevlammen

Research Topic Chapter
News flash intro
Zonnevlammen en coronale massa-ejecties in de zonne-atmosfeer hebben een grote invloed op het ruimteweer nabij de Aarde. Tijdens de observatie van zonneradio-emissies met de grote Oekraïense radiotelescoop URAN-2 hebben wetenschappers van het BIRA (in samenwerking met Oekraïense collega’s) een nieuw type zonneradiopuls geïdentificeerd die gerelateerd is aan zonnevlammen: ALF-uitbarstingen. Waarnemingen van ALF-uitbarstingen leveren unieke informatie over de beginstadia van zonnevlammen. Theoretische modellering van ALF-pulsen laat toe om de aanwezigheid van kinetische Alfvén-golven vast te stellen, alsook hun amplitude in de “vlammende” zonne-atmosfeer.
Body text

ALF radiopulsen: observaties

Zonne-radiowaarnemingen bieden waardevolle informatie over de energetische verschijnselen in de zonatmosfeer en worden gebruikt voor een vroege diagnose ervan. In het bijzonder manifesteren zonne-radiopulsen van type III en II respectievelijk zonnevlammen en plasmawolken. Deze energetische gebeurtenissen beïnvloeden de stralingsstaat van de ruimte nabij de Aarde en kunnen ernstige geomagnetische stormen veroorzaken.

Met behulp van de grote radiotelescoop URAN-2 (Oekraïne) bestuderen we ALF-radiopulsen - zwakke zonne-radiopulsen in het frequentiebereik 20-30 MHz. ALF-pulsen waren voorheen niet zichtbaar vanwege de lagere gevoeligheid en resolutie van vroegere radiotelescopen. Vergelijkbaar met type III pulsen komen ALF-pulsen vaak gelijktijdig voor met zonnevlammen.

In Figuur 2 tonen we het radiospectrogram van een met zonnevlammen verwante gebeurtenis die geregistreerd is op 18 april 2014, en waarin verschillende ALF-pulsen geïdentificeerd worden (omringd door stippellijnen). Met het meten van de polarisatie van radio-emissie (onderste paneel van Fig. 2), maakt URAN-2 het mogelijk om zeer zwakke ALF-pulsen te identificeren die niet duidelijk zichtbaar zijn in het emissievermogen (bovenste paneel van Fig. 2).

De gemeten ALF-parameters (frequentie-driftsnelheden δf/δt ∼ -0.1 MHz/s, relatieve frequentie-bandbreedtes δf/f ≳ 0.01, en duur van de pulsen δt ∼ 3 s) stellen ALF-pulsen duidelijk apart van de vroeger bekende pulstypes.

ALF-radiopulsen: de theorie

Het feit dat de emissiebronnen van ALF-pulsen zich voortplanten aan bijna Alfvén-snelheden suggereert een generatiemechanisme waarbij Alfvén-golven betrokken zijn. Om ALF-pulsen duidelijk zichtbaar te maken moeten de verantwoordelijke Alfvén-golven de plasmadichtheid verstoren, wat impliceert dat kinetische effecten over het geheel actief zijn. Deze, en andere eigenschappen van ALF-pulsen afgeleid van radiospectrogrammen, krijgen een natuurlijke verklaring in het model waarin periodieke kinetische Alfvén-golven (KAW's) die zich opwaarts bewegen in de zonnecorona op heliocentrische afstanden ∼ 2  zonneradii opgenomen zijn. Dergelijke KAW’s kunnen gegenereerd worden door magnetische herverbinding in zonnevlammen.

Het belangrijkste element van het voorgestelde generatiemechanisme is dat de KAW’s met Langmuir-golven kunnen variëren en deze verzamelen (deze Langmuir-golven waren eerder aangeslagen door de elektronenbundels die sneller zijn dan KAW's). De belangrijkste stappen van het voorgestelde scenario voor het onstaan van KAW’s worden schematisch weergegeven en toegelicht in Figuur 3.

Onze theorie verklaart niet alleen de frequentie-driftsnelheden van ALF-pulsen, maar ook hun onmiddellijke frequentie-bandbreedtes, -duren en -levensduren. Aan de andere kant voorspelt het eigenschappen van KAW’s binnen de zonatmosfeer waar zonnevlammen ontstaan.

Alle theoretisch voorspelde KAW-parameters, magnetische amplituden Bk/B0∼ 0.02, hoekfrequenties ωk ≲ 1 rad s⁻¹, en loodrechte golfgetallen k⊥ρi ∼ 1 (B0 is het coronale achtergrond-magnetisch veld, ρi is de ionengyroradius) zijn redelijk en compatibel met de waarnemingen. Deze KAW's zijn niet alleen bronnen voor ALF-radiopulsen, maar dragen ook bij aan de processen van energie-afgifte en -transport in de zonatmosfeer.

De theoretisch beperkte golf- en plasmaparameters in de zonnecorona boven actieve gebieden kunnen gebruikt worden bij het modelleren van plasmawolken en zonne-energetische deeltjes.

 

Figure 2 body text
Figure 2 caption (legend)
Figuur 2: Zonnevlamgerelateerde gebeurtenis met meerdere ALF-pulsen (groep ALF-pulsen is omcirkeld met stippelijnen). Bovenste paneel: radio-emissievermogen. Onderste paneel: polarisatie van de radio-emissie. Sommige ALFs zijn beter zichtbaar in het polarisatie-spectrogram.
Figure 3 body text
Figure 3 caption (legend)
Figuur 3: Onstaansscenario voor ALF-pulsen: (i) magnetische herverbinding in zonnevlammen versnelt de elektronenbundels en genereert KAW’s; (ii) Langmuir waves worden aangeslagen door elektronenbundels; (iii) KAW’s vangen en amplificeren Langmuir-golven; (iv) clusters van geamplificeerde Langmuir-golven genereren.