研究人员在太阳系中发现类心跳射电暴的神秘来源

一项新的研究表明，在太阳大气层中发现了具有类似于心跳信号模式的太阳射电爆发。

在 《自然通讯》 杂志上 发表的研究结果中，一个国际研究小组报告发现了来自太阳表面上方 5,000 多公里处的 C 级太阳耀斑内的无线电信号的源位置。

研究人员表示，这项研究的发现可以帮助科学家更好地了解太阳耀斑——太阳系最强大的爆炸——能量释放背后的物理过程。

“这一发现出乎意料，”该研究的通讯作者、新泽西理工学院日地研究中心的天文学家余思杰说 。“这种跳动模式对于了解在太阳上这些令人难以置信的强大爆炸期间能量如何释放和消散在太阳大气中非常重要。然而，这些重复模式(也称为准周期性脉动)的起源长期以来一直是一个谜，也是太阳物理学家争论的焦点。”

太阳射电暴是来自太阳的强烈无线电波爆发，通常与太阳耀斑有关，并且已知以具有重复模式的信号为特征。

在研究了 2017 年 7 月 13 日一次太阳耀斑事件的微波观测后，该团队能够发现这些模式信号的来源，这些信号是由新泽西理工学院名为扩展欧文斯谷太阳能阵列 (EOVSA) 的射电望远镜捕获的，该望远镜位于欧文斯 谷无线电加利福尼亚州大派恩附近的天文台 (OVRO)。

EOVSA 通常在 1 到 18 GHz 的广泛微波频率范围内观察太阳，并且对太阳大气中高能电子发出的无线电辐射敏感，这些电子在太阳耀斑中被激发。

根据 EOVSA 对耀斑的观察，该团队揭示了射电暴，其特征是信号模式每 10-20 秒重复一次，“就像心跳一样”，该研究的主要作者、博士 Yuankun Kou 说。南京大学(NJU)学生。

该团队在电流片底部发现了一个强大的准周期脉动 (QPP) 信号，该电流片延伸超过 25,000 公里，穿过喷发的核心燃烧区，在该区域，相反的磁力线相互靠近、断开并重新连接，产生强大的能量为火山喷发提供动力耀斑。

但令人惊讶的是，Kou 说他们在耀斑中发现了第二次心跳。

“太阳射电暴的重复模式并不少见，”寇说。“但有趣的是， 有一个我们没想到的次要来源位于拉伸的电流表上，它以与主要 QPP 来源类似的方式脉动。”

“这些信号可能源自耀斑电流片上的准重复磁重联，”Yu 补充道。“这是第一次检测到位于重新连接区域的准周期无线电信号。这种检测可以帮助我们确定两个来源中的哪一个导致了另一个来源。”

利用 EOVSA 独特的微波成像功能，该团队能够在该事件中测量两个无线电源处的电子能谱。

“EOVSA 的光谱成像为我们提供了新的空间和时间分辨的耀斑非热电子诊断方法。……我们发现主要 QPP 源中高能电子的分布与电子电流表中次级 QPP 源的分布在相位上有所不同，”新泽西理工学院物理学副教授、该论文的合著者 Bin Chen 说。“这强烈表明两个 QPP 来源密切相关。”

继续他们的研究，团队成员结合了由该论文的另一位通讯作者和南京大学天文学教授 Xin Cheng 领导的太阳耀斑 2.5D 数值模型，以及 NOAA 观测到的太阳耀斑软 X 射线发射观测结果。 GOES 卫星，它在两个不同的能带中测量来自太阳大气的软 X 射线通量。

“我们想知道当前表中的周期性是如何发生的”，Cheng 说。“驱动周期性的物理过程是什么，它与 QPP 的形成有何关系?”

该团队的分析表明，目前的片层中形成了磁岛或类似气泡的结构，准周期性地向燃烧区域移动。

Cheng 解释说：“长时间拉伸的电流片中磁岛的出现在调整这次喷发期间的能量释放率方面起着关键作用。” “这种准周期性能量释放过程导致高能电子的重复产生，在微波和软 X 射线波长中表现为 QPP。”

最后，Yu 表示，这项研究的发现为驱动这些爆炸性事件的重新连接过程背后的一个重要现象提供了新的思路。

“由于耀斑电流表中的周期性重新连接，我们终于确定了太阳耀斑中 QPP 的起源。……这项研究促使人们重新审视先前报道的 QPP 事件的解释及其对太阳耀斑的影响。”

该论文的其他共同作者包括南京大学研究人员 Yulei Wang 和 Mingde Ding，以及格拉斯哥大学的 Eduard P. Kontar。这项研究得到了国家科学基金会的资助。