Figura 1. Uma sinopse esquemática ilustrando um cenário qualitativo da geração de estriações quase periódicas em um espectro dinâmico da explosão do tipo III por um trem de ondas magnetoacústicas de propagação rápida. Crédito:Kolotkov et al (2018)
Os trens de ondas magnetoacústicas rápidas são uma sonda sismológica promissora da coroa solar, revelar a conectividade magnética e fornecer uma estimativa do valor absoluto do campo magnético coronal. As observações de rádio de baixa frequência permitem a detecção de trens de ondas rápidas na coroa média e superior, acima do campo de visão de imageadores e espectrógrafos EUV, via modulação da emissão de rádio pelas variações da concentração de elétrons.
Os pesquisadores agora apresentam a primeira identificação de um trem de ondas magnetoacústicas rápidas quase periódicas que se propagam na coroa média, na estrutura fina de um burst de rádio tipo III métrico (consulte a Figura 1). Esta associação direta da estriação quase periódica observada na emissão do tipo III com uma onda MHD específica é conduzida pela primeira vez neste trabalho.
O burst analisado foi observado com LOFAR. O espectro dinâmico da explosão tem uma estrutura fina representada por estrias quase periódicas que se deslocam lentamente (Figura 2, painel esquerdo), que indica que o feixe de elétrons que produz a rajada se propaga para cima através do plasma coronal modificado por uma onda compressiva em viagem cuja velocidade de fase é muito menor do que a do feixe.
A análise do espectro dinâmico revela a presença de dois componentes quase oscilatórios entre aproximadamente 35 MHz e 39 MHz (ou seja, 1,6 R ¤ para 1,7 R ¤ assumindo o modelo de densidade Newkirk da atmosfera solar):um com o comprimento de onda de 2 Mm, propagando-se a 657 km s -1 , o que dá um período de oscilação de 3 s; e outro com comprimento de onda de 12 Mm cuja velocidade de fase não pode ser estimada devido à curta faixa de frequência de detecção. Acima de 1,7 R ¤ , o fluxo de rádio se comporta de forma bastante estocástica, sem nenhum componente periódico pronunciado (cf. artigo de Chen et al. 2018).
Figura 2. Esquerda:Fragmento de uma explosão de rádio solar tipo III ocorreu em 16 de abril de 2015, e observado por LOFAR. As linhas retas verdes mostram o ajuste das estrias observadas por funções lineares. As regiões de aparente agrupamento das estrias em três grupos distintos são indicadas como "I", “II”, e “III”, e separados pelas linhas tracejadas horizontais. À direita:burst modelado produzido pelo mecanismo mostrado nas Figuras 1 e 3. A linha pontilhada branca mostra os instantes de tempo do fluxo máximo de rádio em cada freqüência de observação. Crédito:Kolotkov et al (2018)
Mecanismo de modulação
As características detectadas da onda viajante de comprimento de onda mais curto sugerem uma associação com um dos modos MHD rápidos. É muito improvável que a onda de Alfvén produza a oscilação coerente observada devido ao seu local, natureza não coletiva e mistura de fases. O mecanismo responsável pela periodicidade de 3 segundos observada das ondas de Alfvén também não é claro. Em contraste, as características observadas do movimento de onda são consistentes com propriedades de trens de ondas magnetoacústicas rápidas dispersivas, padrão de onda compressiva quase periódica que poderia modular prontamente as ondas de Langmuir (por exemplo, Kontar 2001), guiado por uma não uniformidade de plasma alinhada com o campo, já detectado na corona solar.
Nesta interpretação, a periodicidade observada resulta da dispersão do guia de ondas, e é consistente com as estimativas teóricas (ver, por exemplo, Li et al. 2018 e referências nele) e observações anteriores na luz visível (por exemplo, Williams et al. 2002) e bandas decimétricas e de microondas (por exemplo, Mészárosová et al. 2011) em menor alturas. Neste cenário, um pulso magnetoacústico rápido de banda larga se propaga ao longo de uma não uniformidade magnética alinhada ao campo que atua como um guia de onda, e gradualmente evolui em um trem de ondas quase periódico devido à dispersão do guia de ondas. Um feixe de elétrons segue o mesmo tubo de fluxo magnético e interage com o plasma. A concentração de plasma é modulada localmente pelo trem de ondas rápido. A interação feixe-plasma gera a emissão de rádio modulada quase periodicamente observada pelo LOFAR.
No estudo atual, os pesquisadores sugerem um modelo quantitativo simples que explica a modulação observada do fluxo de rádio com base na redistribuição da intensidade de emissão de rádio em perturbações de densidade de plasma espacialmente quase periódicas na onda rápida (Figura 3). A intensidade da emissão eletromagnética em um determinado canal de frequência é considerada proporcional à quantidade de plasma no volume de emissão. A densidade de plasma de fundo perturbada pela onda leva ao aparecimento de picos nas frequências de plasma correspondentes, que correspondem à emissão proveniente das regiões de menor gradiente de densidade radial. Ajustando este modelo no espectro dinâmico observado (Figura 2, painel direito) nos dá a amplitude relativa do trem de ondas rápidas de propagação, que é cerca de 0,35 por cento ou 2 km s -1 .
Figura 3. Mecanismo para geração de estrias quase periódicas na explosão de rádio tipo III observada. As áreas sombreadas mostram a resolução espectral LOFAR, Canais de frequência de 12 kHz multiplicados por um fator de 10 para uma melhor visualização, dentro do qual a intensidade de emissão é calculada. As linhas pretas (vermelhas) mostram um perfil de densidade de plasma de Newkirk não perturbado (perturbado por uma oscilação de densidade harmônica) (à esquerda) e a intensidade de emissão correspondente (à direita). Crédito:Kolotkov et al (2018)
Estimativa de campo magnético
Tratando a velocidade de propagação detectada da onda como uma velocidade rápida e fixando outros parâmetros do plasma em seus valores típicos na altura observada 1,7 R ¤ , os pesquisadores estimam o valor da velocidade de Alfvén nesta altura em cerca de 622 km s -1 . Usando este valor, eles determinaram a intensidade do campo magnético em cerca de 1,1 G, o que é consistente com o modelo radial do campo magnético.
Esta observação é a mais alta detecção de um trem rápido de ondas magnetoacústicas na atmosfera solar na banda de rádio. O comprimento de onda das ondas rápidas detectadas é muito curto para permitir o uso da espectroscopia de imagem com LOFAR. Contudo, as observações espacialmente não resolvidas interpretadas como ondas rápidas de período mais longo em outros eventos (ver, por exemplo, pepita CESRA por Goddard et al.) sugerem que a espectroscopia de imagem com LOFAR poderia ser aplicada à análise de eventos semelhantes.
