Плазмоиды (или магнитные острова) играют важную роль в быстром магнитном пересоединении и ускорении частиц во время солнечных вспышек и извержений. Прямое наблюдение вспышечных токовых слоёв и формирования/выброса множественных плазмоидов на изображениях в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне (EUV), а также одновременные наблюдения в рентгеновском и радиодиапазоне дают значительное представление о механизмах, приводящих к ускорению частиц во время солнечных вспышек.
Предыдущие исследования предполагали, что дециметровые радиовсплески и пульсации (сдвигающиеся к более низким частотам) могут быть вызваны выбросом и слиянием множественных плазмоидов в токовом слое вспышки (Kliem, Karlický & Benz, 2000). Пульсирующие структуры дрейфа (DPS) в дециметровых радиовсплесках, вероятно, указывают на прерывистый характер высвобождения энергии в токовом слое вспышки и являются признаком радиоизлучения от электронов, ускоренных во время выброса и слияния плазмоидов (Karlický & Barta, 2011). Ранее наблюдалось одновременное EUV-изображение двунаправленных плазмоидов в плазме/токовом слое вспышки и связанных с ними DPS в радиодиапазоне (Kumar & Cho, 2013).
В этой статье мы кратко обсуждаем EUV-изображения плазмоидов, сформированных в токовых слоях вспышек под извергающимися магнитными петлями во время двух последовательных вспышек 22 апреля 2015 года. Двунаправленные плазмоиды были связаны с квазипериодическими пульсациями (QPP; Nakariakov & Melnikov, 2009) в рентгеновском (мягком/жёстком) и радио (дециметровом) диапазонах. Магнитная петля появилась только в горячих каналах (131/94 Å) во время первой вспышки. Мы представляем прямое наблюдение формирования двойных корональных рентгеновских источников на обоих концах токового слоя вспышки во время выброса и слияния множественных плазмоидов. Извергающаяся магнитная петля во время второй вспышки, очевидно, подвергается винтовой неустойчивости и формированию плазменного/токового слоя вместе с множественными плазмоидами, распространяющимися двунаправленно. В обоих случаях магнитные петли достигли высоты около 45 Мм (60 угловых секунд) над лимбом, но оставались ограниченными в пределах охватывающего их магнитного поля активной области, таким образом не производя корональных выбросов массы.
**Наблюдения**
Активная область NOAA 12322 находилась на западном лимбе (N11W91) 22 апреля 2015 года. Мы изучили две лимбальные вспышки (C3.8, M1.1) и связанное с ними извержение магнитной петли из этой активной области 22 апреля 2015 года. Обе вспышки были почти гомологичны и произошли последовательно из одной и той же линии обращения полярности (PIL) активной области. Согласно профилю потока мягкого рентгеновского излучения GOES, первая вспышка (C3.8) началась в 07:59 UT, достигла пика в 08:06 UT и закончилась примерно в 08:24 UT. Вторая вспышка (M1.1) началась в 08:28 UT, достигла пика в 08:44 UT и закончилась около 08:58 UT.
*Рисунок 1: эволюция рентгеновских источников (6–12 кэВ) во время первой вспышки (C3.8) с 08:10 до 08:13 UT. Изображения AIA 171, 211 и 131 Å во время QPP, обнаруженных в фазе спада вспышки. Изображения RHESSI в диапазоне энергий 6–12 кэВ наложены на изображения AIA 211 и 131 Å. Уровни контуров составляют 40%, 60% и 80% от максимальной интенсивности. S1 и S2 представляют двойные корональные источники.*
Для наблюдения за эволюцией рентгеновских источников RHESSI во время QPP мы реконструировали изображения RHESSI в диапазоне 6–12 кэВ с помощью алгоритма CLEAN. Изображения AIA 171 и 211 Å демонстрируют яркий плазменный слой и сгустки в период с 08:10 по 08:13 UT (рис. 1), в то время как изображения AIA 131 Å показывают яркую вспышечную аркаду (FA) и магнитную петлю. Изображение RHESSI в 08:10 UT показывает два источника над лимбом (рис. 1(a4)). Нижний источник совпадает со вспышечной аркадой, а верхний источник совпадает с верхней частью магнитной петли. Примечательно, что мы обнаружили одновременные рентгеновские (6–12 кэВ) и радиовсплески в период с 08:11:30 по 08:12:30 UT (см. рис. 1(a)). В 08:11 UT изображение RHESSI показывает дополнительный источник (обозначен стрелкой, рис. 1(b4)), который пространственно совпадает с верхней частью плазменного слоя со сгустками. Позже, в 08:12 UT, мы наблюдали увеличение интенсивности и расширение обоих верхних и нижних источников (S1, S2).
В 08:14 UT мы наблюдали ещё один слабый источник S3 между S1 и S2 (рис. 2(a4)). Через минуту источник поднялся примерно на 12 угловых секунд на изображении RHESSI. Оценочная скорость S3 составляет около 150 км/с. Одновременно мы заметили уменьшение высоты S1 (рис. 2(b4)). Контуры RHESSI, наложенные на изображения AIA, показывают, что источник S3 совпадает со сгустками у вершины плазменного слоя. Источник S1 тускнеет по мере увеличения его высоты в период с 08:17 по 08:19 UT, в то время как источник S2 остаётся ярким (рис. 2(c4,d4)). Источник S1 исчез после 08:20 UT, а источник S2 также постепенно ослабевал во время фазы спада вспышки.
*Рисунок 2: эволюция рентгеновских источников (6–12 кэВ) во время первой вспышки (C3.8) с 08:14 по 08:19 UT. Изображения AIA 171, 211 и 131 Å во время QPP, обнаруженных в фазе спада вспышки. Изображения RHESSI в диапазоне энергий 6–12 кэВ наложены на изображения AIA 211 и 131 Å. Уровни контуров составляют 40%, 60% и 80% от максимальной интенсивности. S1 и S2 представляют двойные корональные источники. S3 — слабый источник, появившийся между S1 и S2.*
Чтобы измерить временную эволюцию и кинематику сгустков, сформированных в плазменном слое вспышки, мы создали временные зависимости интенсивности EUV вдоль и поперёк плазменного слоя, используя изображения AIA 171 Å во время первой вспышки (C3.8; 08:00–08:30 UT). График зависимости интенсивности от времени вдоль плазменного слоя показывает выброс множественных сгустков над вспышечной аркадой во время импульсной фазы вспышки (08:00–08:11 UT; рис. 3(a)). Скорости восходящих сгустков вдоль отслеживаемых путей составляют 228, 203, 208, 295, 323, 370 и 210 км/с. График зависимости интенсивности поперёк плазменного слоя показывает сгустки, проходящие через щель (рис. 3(b)). Сгустки были обнаружены в плазменном слое до 08:20 UT и исчезли после этого времени. Белая кривая на правой оси y представляет среднюю интенсивность сгустков, которая извлечена между двумя горизонтальными пунктирными линиями на панели (a).
Кривая светимости Ферми GBM показывает рентгеновское излучение в каналах 6–12, 12–25 и 25–50 кэВ (рис. 3(c)). Рентгеновское излучение выявляет QPP в диапазонах 6–12 и 12–25 кэВ в период с 08:00 по 08:20 UT, с лишь слабым излучением в диапазоне 25–50 кэВ (08:00–08:06 UT). Выброс сгустков почти связан с пиками рентгеновского излучения (обозначены стрелками) в диапазонах 6–12 и 12–25 кэВ во время импульсной фазы вспышки (четыре цикла в период с 08:00 по 08:08 UT). Интересно, что QPP также появляются в тех же рентгеновских диапазонах во время фазы спада вспышки, 08:11–08:20 UT. Динамический радиоспектр показывает почти одновременные дециметровые/метровые радиовсплески (800–150 МГц) с пиками рентгеновского излучения во время импульсной и спадающей фаз вспышки (рис. 3(d)). Радио/рентгеновское излучение прекратилось в 08:20, совпав с исчезновением сгустков в плазменном слое.
*Рисунок 3: рентгеновское и радиоизлучение, связанное с выбросом и слиянием сгустков во время первой вспышки (C3.8), с 08:00 по 08:30 UT. (a) и (b) график зависимости интенсивности от времени вдоль срезов P1Q1 и P2Q2 с использованием изображений AIA 171 Å. Белые пунктирные линии представляют треки, используемые для оценки скоростей восходящих сгустков. Белая кривая на (b) представляет среднюю интенсивность (произвольные единицы), извлечённую между двумя зелёными пунктирными линиями на (a). (c) отсчёты Ферми-GBM в энергетических диапазонах 6–12, 12–25 и 25–50 кэВ. (d) динамический радиоспектр ORFEES (144–1004 МГц).*
Впервые мы наблюдали двойную структуру плазменного/токового слоя (как показано в MHD-моделировании, т. е. Kliem et al., 2010) с множественными распространяющимися сгустками под извергающимися магнитными петлями. Мы интерпретируем эти сгустки как плазмоиды, образованные при пересоединении в токовом слое вспышки. Во время первой вспышки (C3.8) мы наблюдали восходящие потоки пересоединения, отслеживаемые по множественным плазмоидам (скорость: 200–370 км/с), и формирование горячей магнитной петли во время извержения.
Во время первой вспышки (C3.8) мы обнаружили двойные корональные рентгеновские источники (6–12, 12–25 кэВ), расположенные на обоих концах плазменного слоя (т. е. ниже и выше места пересоединения). Нижний источник располагался над вспышечной аркадой, а верхний источник наблюдался вблизи потока пересоединения, где множественные плазмоиды сливались с нижней стороной остановленной магнитной петли. Горячая магнитная петля, наблюдаемая в горячих каналах, была обнаружена во время магнитного пересоединения в плазменном/токовом слое вспышки. Кроме того, мы наблюдали слабый рентгеновский источник (6–12 кэВ), который появился между двойными рентгеновскими источниками (S1, S2) и был сопространственен с EUV-плазмоидами в плазменном слое. Скорости восходящего слабого источника и EUV-плазмоидов согласуются.
Перед второй вспышкой (M1.1) нить внутри магнитной петли медленно поднималась (35 км/с), что было связано с усилением яркости между её ножками. Магнитная петля показала признаки винтовой неустойчивости и формирования двух ярких плазменных слоёв на внутренних поверхностях своих ножек, соединённых центральным токовым слоем вспышки. Скорости восходящих и нисходящих плазмоидов составляли 134–330 км/с и 82–235 км/с соответственно, при этом размеры плазмоидов колебались от 2 до 3 угловых секунд. Мы наблюдали дециметровые радиовсплески (свидетельство инъекций электронов), связанные с формированием/выбросом и слиянием плазмоидов в заднюю кромку магнитной петли во время импульсной фазы вспышки M1.1.
**Итоги**
Мы сообщили о прямом наблюдении формирования и выброса множественных плазмоидов в токовых слоях вспышек под извергающимися магнитными петлями, а также о QPP в рентгеновском и радиодиапазонах. Наблюдения подтверждают:
(i) рентгеновские двойные корональные источники, наблюдаемые RHESSI, расположены на обоих концах токового слоя вспышки и формируются во время плазмоид-опосредованного пересоединения в слое;
(ii) слабый кратковременный источник, появившийся между двойными корональными источниками, скорее всего, связан с восходящими плазмоидами;
(iii) наличие вспышечного токового слоя с двойной структурой и множественными плазмоидами, как предсказано MHD-моделированием винтовой неустойчивости магнитной петли (Kliem et al., 2010);
(iv) формирование плазменного/токового слоя на передней кромке винтовой неустойчивой магнитной петли во время её взаимодействия с охватывающей магнитной системой;
(v) слияние восходящих плазмоидов у нижней стороны магнитной петли сопровождается дециметровыми радиовсплесками;
(vi) рентгеновские/радио QPP (P=10 с, 100 с) связаны с выбросом и слиянием плазмоидов в плазменном/токовом слое вспышки.
Эти результаты улучшают наше понимание нагрева плазмы и квазипериодического ускорения электронов посредством плазмоид-опосредованного пересоединения в токовых слоях под извергающимися магнитными петлями. Образование энергичных электронов в результате выброса и слияния плазмоидов в плазменном слое имеет широкое применение для понимания быстрого магнитного пересоединения в солнечных, гелиосферных и магнитосферных токовых слоях. Прямое наблюдение плазмоидов и связанных с ними QPP даёт ключевое представление о плазмоид-опосредованном магнитном пересоединении и ускорении частиц, поддерживая теоретические модели этих процессов во время солнечных вспышек. В будущем аналогичные события вспышек вместе с одновременным EUV, радио и жёстким рентгеновским изображением дадут дополнительные сведения о местах ускорения электронов, связанных с плазмоидами во время магнитного пересоединения при солнечных извержениях.
Добавить комментарий