Den 30 september 2014, flera NASA-observatorier tittade på vad som verkade vara början på ett solutbrott. En glödtråd – en serpentinstruktur som består av tätt solmaterial och ofta förknippas med solutbrott – reste sig från ytan, få energi och fart när det skjuter i höjden. Men istället för att bryta ut från solen, glödtråden kollapsade, strimlad i bitar av osynliga magnetiska krafter.

Eftersom forskare hade så många instrument som observerade händelsen, de kunde spåra hela händelsen från början till slut, och förklara för första gången hur solens magnetiska landskap avslutade ett solutbrott. Deras resultat sammanfattas i en artikel publicerad i The Astrofysisk tidskrift den 10 juli, 2017.

"Varje komponent i våra observationer var mycket viktig, sade Georgios Chintzoglou, huvudförfattare till tidningen och en solfysiker vid Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory i Palo Alto, Kalifornien, och University Corporation for Atmospheric Research i Boulder, Colorado. "Ta bort ett instrument, och du är i princip blind. I solfysik, du måste ha bra täckning och observera flera temperaturer – om du har alla, du kan berätta en bra historia."

Studien använder sig av en mängd data som fångats av NASA:s Solar Dynamics Observatory, NASA:s Interface Region Imaging Spectrograph, JAXA/NASA:s Hinode, och flera markbaserade teleskop till stöd för uppskjutningen av den NASA-finansierade VAULT2.0 sondraketen. Tillsammans, dessa observatorier tittar på solen i dussintals olika våglängder av ljus som avslöjar solens yta och lägre atmosfär, gör det möjligt för forskare att spåra utbrottet från dess början upp genom solatmosfären – och i slutändan förstå varför det försvann.

Dagen för det misslyckade utbrottet, forskare pekade på VAULT2.0-sondraketen - en sub-orbital raket som flyger i cirka 20 minuter, samlar in data från ovan jordatmosfären under ungefär fem av dessa minuter – i ett område med intensiva, komplex magnetisk aktivitet på solen, kallas en aktiv region. Teamet samarbetade också med IRIS för att fokusera sina observationer på samma region.

"Vi förväntade oss ett utbrott; detta var den mest aktiva regionen på solen den dagen, sa Angelos Vourlidas, en astrofysiker vid Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland, huvudutredare för VAULT2.0-projektet och medförfattare till uppsatsen. "Vi såg glödtråden lyfta med IRIS, men vi såg det inte få utbrott i SDO eller i koronagraferna. Det var så vi visste att det misslyckades."

Solens landskap styrs av magnetiska krafter, och forskarna drog slutsatsen att glödtråden måste ha träffat någon magnetisk gräns som hindrade den instabila strukturen från att bryta ut. De använde dessa observationer som input för en modell av solens magnetiska miljö. Ungefär som forskare som använder topografiska data för att studera jorden, solfysiker kartlägger solens magnetiska egenskaper, eller topologi, för att förstå hur dessa krafter styr solaktiviteten.

Chintzoglou och hans kollegor utvecklade en modell som identifierade platser på solen där magnetfältet var speciellt komprimerat, eftersom snabba utsläpp av energi - som de de observerade när glödtråden kollapsade - är mer benägna att inträffa där magnetfältslinjer är kraftigt förvrängda.

"Vi beräknade solens magnetiska miljö genom att spåra miljontals magnetfältlinjer och titta på hur närliggande fältlinjer ansluter och divergerar, sa Antonia Savcheva, en astrofysiker vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts, och medförfattare till tidningen. "Mängden divergens ger oss ett mått på topologin."

Deras modell visar att denna topologi formar hur solstrukturer utvecklas på solens yta. Vanligtvis, när solstrukturer med motsatt magnetisk orientering kolliderar, de släpper explosivt ut magnetisk energi, värma upp atmosfären med en flamma och bryter ut i rymden som en koronal massutkastning - ett massivt moln av solmaterial och magnetfält.

Men på dagen för september 2014 nästan utbrott, modellen indikerade att glödtråden istället trycktes upp mot en komplex magnetisk struktur, formad som två igloar som slogs mot varandra. Denna osynliga gräns, kallas ett hyperboliskt flödesrör, var resultatet av en kollision av två bipolära områden på solens yta - en koppling av fyra alternerande och motsatta magnetfält mogna för magnetisk återkoppling, en dynamisk process som explosivt kan frigöra stora mängder lagrad energi.

"Det hyperboliska flödesröret bryter glödtrådens magnetfältslinjer och återansluter dem med de från den omgivande solen, så att glödtrådens magnetiska energi skalas bort, " sa Chintzoglou.

Denna struktur äter bort glödtråden som en stockkvarn, spruta flis av solmaterial och förhindra utbrott. När glödtråden avtog, modellen visar att värme och energi släpptes ut i solatmosfären, matchar de första observationerna. Den simulerade återkopplingen stöder också observationer av ljusa utvidgningsslingor där det hyperboliska flödesröret och glödtråden möttes - bevis för magnetisk återkoppling.

Medan forskare har spekulerat att en sådan process existerar, det var inte förrän de utan tvekan hade flera observationer av en sådan händelse som de kunde förklara hur en magnetisk gräns på solen kan stoppa ett utbrott, ta bort en filament av energi tills den är för svag för att bryta ut.

"Detta resultat skulle ha varit omöjligt utan samordningen av NASA:s solflotta till stöd för vår raketuppskjutning, sa Vourlidas.

Denna studie indikerar att solens magnetiska topologi spelar en viktig roll i huruvida ett utbrott kan brista från solen eller inte. Dessa utbrott kan skapa rymdvädereffekter runt jorden.

"Mest forskning har gått in på hur topologi hjälper utbrott att fly, ", sa Chintzoglou. "Men detta säger oss att förutom utbrottsmekanismen, vi måste också överväga vad den begynnande strukturen möter i början, och hur det kan stoppas."