Snabba magnetoakustiska vågtåg är en lovande seismologisk sond av solens korona, avslöjar den magnetiska anslutningen och ger en uppskattning av det absoluta värdet av det koronala magnetfältet. Lågfrekventa radioobservationer möjliggör detektering av snabba vågståg i mellan- och övre korona, ovanför synfältet för EUV-bildapparater och spektrografer, via moduleringen av radioemissionen genom variationerna av elektronkoncentrationen.

Forskare har nu presenterat den första identifieringen av ett kvasi-periodiskt snabbt magnetoakustiskt vågtåg som fortplantar sig i mittkoronan, i den fina strukturen av en metrisk typ III radioskur (se figur 1). En sådan direkt association av den observerade kvasi-periodiska striationen i typ III-emissionen med en specifik MHD-våg utförs för första gången är detta arbete.

Den analyserade skuren observerades med LOFAR. Det dynamiska spektrumet av skuren har en fin struktur representerad av långsamt drivande kvasi-periodiska striae (Figur 2, vänster panel), vilket indikerar att elektronstrålen som producerar skuren fortplantar sig uppåt genom koronalplasman modifierad av en vandringskompressionsvåg vars fashastighet är mycket lägre än strålens.

Analys av det dynamiska spektrumet avslöjar närvaron av två kvasi-oscillerande komponenter mellan ungefär 35 MHz och 39 MHz (det vill säga 1,6 R _¤ till 1,7 R _¤ antar Newkirks densitetsmodell av solatmosfären):en med våglängden 2 Mm, sprider sig vid 657 km s ^-1 , vilket ger en svängningsperiod på 3 s; och en annan med våglängden 12 Mm vars fashastighet inte kan uppskattas på grund av det korta frekvensområdet för detekteringen. Över 1,7 R _¤ , radioflödet beter sig ganska stokastiskt, utan någon uttalad periodisk komponent (jfr artikel av  Chen et al. 2018 ).

Moduleringsmekanism

De detekterade egenskaperna hos den kortare våglängds vandringsvågen antyder en association med ett av de snabba MHD-lägena. Alfvén-vågen är mycket osannolik att producera den observerade koherenta svängningen på grund av dess lokala, icke-kollektiv natur och fasblandning. Mekanismen som är ansvarig för Alfvénvågornas observerade 3-sekunders periodicitet är också oklar. I kontrast, de observerade egenskaperna hos vågrörelsen överensstämmer med egenskaperna hos dispersiva snabba magnetoakustiska vågtåg, kompressivt kvasi-periodiskt vågmönster som lätt kan modulera Langmuir-vågor (t.ex. Kontar 2001), styrd av en fältinriktad plasma-olikformighet, redan upptäckt i solkoronan.

I denna tolkning, den observerade periodiciteten är resultatet av vågledardispersionen, och överensstämmer med både de teoretiska uppskattningarna (se t.ex. Li et al. 2018 och referenser däri) och tidigare observationer i det synliga ljuset (t.ex. Williams et al. 2002) och decimetriska band och mikrovågsband (t.ex. Mészárosová et al. 2011) vid lägre höjder. I detta scenario, en snabb magnetoakustisk bredbandspuls utbreder sig längs en fältinriktad magnetisk olikformighet som fungerar som en vågledare, och utvecklas gradvis i ett kvasi-periodiskt vågtåg på grund av vågledardispersionen. En elektronstråle följer samma magnetiska flödesrör och interagerar med plasman. Plasmakoncentrationen moduleras lokalt av det snabba vågståget. Strål-plasma-interaktionen genererar den kvasi-periodiskt modulerade radioemissionen som observeras av LOFAR.

I den aktuella studien, forskarna föreslår en enkel kvantitativ modell som förklarar den observerade moduleringen av radioflödet baserad på omfördelningen av radioemissionsintensiteten på rumsligt kvasi-periodiska störningar av plasmadensitet i den snabba vågen (Figur 3). Den elektromagnetiska emissionsintensiteten i en viss frekvenskanal antas vara proportionell mot mängden plasma i den emitterande volymen. Plasmadensiteten i bakgrunden som störs av vågen leder till uppkomsten av toppar vid motsvarande plasmafrekvenser, som motsvarar den emission som kommer från områdena med den lägsta radiella densitetsgradienten. Att passa in denna modell i det observerade dynamiska spektrumet (Figur 2, höger panel) ger oss den relativa amplituden för det fortplantande snabba vågståget, vilket är cirka 0,35 procent eller 2 km s ^-1 .

Magnetfältsuppskattning

Behandla den detekterade utbredningshastigheten för vågen som en snabb hastighet och fixera andra parametrar i plasman till deras typiska värden vid den observerade höjden 1,7 R _¤ , forskarna uppskattar värdet av Alfvéns hastighet på denna höjd till cirka 622 km s ^-1 . Med detta värde, de bestämde magnetfältets styrka till cirka 1,1 G, vilket överensstämmer med den radiella modellen av magnetfältet.

Denna observation är den högsta detekteringen av ett snabbt magnetoakustiskt vågtåg i solatmosfären i radiobandet. Våglängden för de detekterade snabba vågorna är för kort för att tillåta användning av avbildningsspektroskopin med LOFAR. Dock, de rumsligt olösta observationerna tolkade som snabba vågor med längre period i andra händelser (se t.ex. CESRA nugget av Goddard et al.) tyder på att avbildningsspektroskopin med LOFAR skulle kunna tillämpas på analysen av liknande händelser.