Figur 2 – Observerad spektral flödestäthet (korsningar med felstaplar) och flödestätheten (heldragna linjer) vid 212 GHz (vänster) och 405 GHz (höger) som förutspåtts av emissionsmodellen för flare band för temperaturer i övergångsområdet visas med rosa, mörkgula respektive mörkblå linjer.
Solflammor är plötsliga explosiva processer som omvandlar magnetfältets energi till kinetisk energi av elektroner och joner. Sedan början av århundradet, millimeterobservationer av solflammor blev rutinmässigt möjliga vid några få frekvenser med begränsad rumslig upplösning (se Kaufmann 2012, som en recension). En av de mest förbryllande aspekterna av observationerna vid millimetervåglängder (200-400 GHz) är närvaron, i vissa bloss, av en ljus spektral komponent som växer med frekvens. Detta utsläpp är ungefär hundra biljoner gånger kraftfullare än kraften från de aktiva millimeter helkroppsskannrar som används på flygplatser runt om i världen.
Det stora flödet på ~10 4 solfluxenheter (sfu) vid 400 GHz i vissa flare och en märkbar korrelation med hård röntgenstrålning ledde snabbt till förslaget att emissionen sannolikt är associerad med accelererade icke-termiska elektroner (Kaufmann et al. 2001). Mätningen av radioemissionskällors storlek skulle kunna ge ytterligare observationsbegränsningar. Dock, det finns för närvarande inga tillförlitliga mätningar av källstorlek nära 400 GHz och det finns en lång lista med föreslagna emissionsmekanismer (t.ex. Kaufmann 2012, Fleishman &Kontar, 2011, Zaitsev et al, 2014), som, tyvärr, har flera antaganden som inte kan verifieras observationellt.
Dock, de senaste analyserna av förhållandet mellan området för flareband och flaremillimeterkomponenten tyder på att en termisk emissionsmodell, i vilken radioemission härrör från övergångsområdet för solflossband som störs av flareaccelererad elektronuppvärmning, kan förklara de förbryllande observationerna.
Observationer och modelljämförelse
Totalt 17 solflammor med radioflödesobservationer på millimeteravstånd har använts i studien. För de valda händelserna, de spektrala indexen som bestäms av radioflöden vid 212 GHz och 405 GHz har visat sig överensstämma med flera emissionsmekanismer inklusive den optiskt tjocka fri-fria emissionen.
Figur 1 – Fluxdensitetsspektrumet som visar den stigande millimeterkomponenten (visad med grön ellips) över 200 GHz (vänster) och UV-solflossband observerat av TRACE-satelliten (höger). Kredit:Figuren från Kontar et al, 2018.
Den observerade spektrala flödestätheten är proportionell mot arean av den emitterande källan på grund av Rayleigh-Jeans-relationen. Därför, området är en viktig parameter för en termisk emissionsmodell. Om millimeteremissionen härrör från optiskt tjock termisk plasma i den övre kromosfären/övergångsregionen, då bör arean av den uppvärmda plasman (flare ribbon area) vara tillräcklig för att ge det observerade radioflödet.
För att utvärdera området för flare band, UV-bilder har studerats vid 1600 Å passband, erhållen från Transition Region and Coronal Explorer (TRACE) och från Solar Dynamics Observatory Atmospheric Imaging Assembly (SDO/AIA). Figur 2 visar att alla observerade radioflöden kan förklaras av strålning från en optiskt tjock plasma med temperaturen mellan 10 4 och 10 6 Kelvin, vilket är typiskt för solatmosfärens övergångsregion.
Det är viktigt att notera att relativt tät plasma som värms upp av energiska elektroner till temperaturer 0,1-1 miljon Kelvin (MK) leder till ökad strålning, så att strålningsförlusterna skulle leda till effektiv kylning. Uppskattningarna av radiativ kylningstid tyder på att plasman snabbt (i undersekund skala) kan svalna om uppvärmningstiden är längre än strålningsförlusttiden. Därav, växelverkan mellan icke-termisk elektronuppvärmning och strålningskylning av tät plasma kan förklara den observerade variabiliteten under en sekund av flare millimeter emission.
De stora spektrala flödena av det observerade millimeterområdet (eller sub-THz) emissionen föreslås vara associerade med de stora områdena av dessa flare band. Sedan, emissionen i millimeterområdet produceras av termisk plasma vid de uppvärmda flare banden. Flares som visar utsträckta flare-band bör ge stora flöden vid millimeters frekvensområde, vilket stämmer överens med iakttagelserna. Sedan, den termiska emissionen från en optiskt tjock övergångsområde och/eller låg koronal plasma, med temperaturer mellan 0,1-2~MK producerar ett spektrum som växer med frekvens som krävs av observationerna. Jämförelsen av flare-bandmodell med befintliga observationer visar att millimeterns spektrala flödestäthet (200-400 GHz) i alla studerade flares kan förklaras av modellen.
