Novinky

Na čem pracujeme: Erupce expandující do magnetického provazce

Autorský tým pracovníků Slunečního oddělení ASU pod vedením Aleny Zemanové studoval případ uvězněné erupce, která byla doprovázena vzácným typem rádiového vzplanutí. Pozorování ukazují, že historie aktivní oblasti, v níž erupce vzplála, zřejmě zásadním způsobem ovlivnila její průběh a výsledek.

Že jsou erupce těmi nejenergetičtějšími projevy sluneční aktivity, není jistě zapotřebí nijak zvlášť zdůrazňovat. Tyto události jsou přímým důsledkem explozivního přepojení magnetických polí v aktivních oblastech Slunce a ve skutečnosti jsou celým komplexem jevů, které s náhlou změnou magnetické konektivity bezprostředně souvisejí. Erupcí byla na Slunci pozorována již notná řádka a tak se ukázalo, že z určitého úhlu pohledu lze erupce rozdělit do dvou skupin. Do jedné skupiny bychom zařadili erupce „úspěšné“, tedy takové, u nichž bylo pozorováno jak vzplanutí jako důsledek proběhnuvší magnetické rekonexe, tak výron hmoty do koróny, který souvisí s vypuzením látky uzavřené ve svrchní části přepojené magnetické smyčky. Druhou skupinou jsou pak erupce „neúspěšné“, uvězněné, u nichž dojde k rekonexi, pozorujeme vzplanutí, ale výron hmoty do koróny je neúspěšný. Nejčastěji to bývá proto, že oblast je překryta arkádami magnetického pole aktivní oblasti, kterou nedokáže startující plazmoid překonat.

Eruptivní proces není stacionární, jeho nedílnou součástí je také expanze eruptivních struktur do okolních oblastí. Nejznámějším typem expanze je postupné vzdalování eruptivních vláken od magnetické inverzní čáry, nad níž rekonexe obvykle probíhá. Tento zdánlivý postup jednoznačně souvisí s postupným přepojováním magnetických smyček arkády vzdálenějších od středu dění, rekonexní proces se tímto současně obvykle postupně přesouvá i do vyšších výšek. U erupcí byly pozorovány i dominové efekty, tedy že jedna erupce indukovala zažehnutí pozdějších erupcí v blízkých lokacích.

Se slunečními erupcemi je neodmyslitelně spojena i emise rádiového záření. Pro různé fáze erupce jsou typické jiné typy rádiových vzplanutí a jejich vzhled v rádiových spektrech lze vysvětlit interakcí urychlených částic s pozaďovým plazmatem a magnetickým polem. V některých případech jsou ale zaznamenána i rádiová vzplanutí neobvyklého typu. Na decimetrových vlnách se občas objeví tzv. pomalu kladně driftující poryvy (slowly positively drifting bursts – SPDB). Jde o náhlé emise rádiového záření s trváním jednoho závanu od jedné do několika málo sekund. Tyto jevy se pak nepravidelně opakují, ovšem jejich frekvence v čase pomalu narůstá. Co je původcem těchto neobvyklých rádiových vzplanutí, není zatím úplně známo. Jedním z mechanismů by mohly být dolů se pohybující rázové vlny podél magnetických smyček, jejichž protipóly byly přímo spatřeny v sérii pozorování pořízených v extrémní ultrafialové oblasti. Závany SPDB by pak mohly vznikat na tepelné frontě chuchvalců přehřátého plazmatu padajícího podél magnetických smyček rychlostmi i 300 km/s.

Erupce, která se na Slunci zažehla před polednem světového času dne 12. března 2015, patřila do skupiny uvězněných erupcí a současně u ní byly pozorovány vzácné SPDB. Tato erupce třídy M1,4 nebyla první zaznamenanou v aktivní oblasti NOAA 12297, zažehla se jen pár desítek minut po startu silnější erupce třídy M1,6. Historie procesů v oblasti NOAA 12297 pak zřejmě hrála velmi důležitou roli na vývoj studovaného vzplanutí. První erupce přetvořila tvar koronálního magnetického pole oblasti, následná erupce tak expandovala do oblasti tvořené mohutným magnetickým provazcem mimo aktivní oblast.

Autorský tým ze Slunečního oddělení ASU využil při studiu této erupce velmi bohatého dostupného materiálu. K dispozici měli jednak neustálá pozorování přístrojů na palubě sondy Solar Dynamics Observatory, přičemž přístroj Atmospheric Imaging Assembly pořizuje celodiskové snímky Slunce v deseti spektrálních filtrech převážně v extémně-ultrafialovém záření s kadencí až 12 sekund. Rentgenové záření bylo zachyceno a zobrazeno z družice RHESSI (i když ne v celém průběhu) a fotometricky popsáno z družice GOES. Snímky v čáře vodíku Hα byly získány z pozemní pozorovací sítě GONG a záznam rádiového záření v rozsahu 800‒2000 MHz přirozeně pocházel z místních zdrojů, tedy z radioteleskopů observatoře ASU v Ondřejově.

Erupce se zažehla v jižní části již zmíněné aktivní oblasti a během impulsivní fáze, kdy byly pozorovány i SPDB, zjevně expandovala do blízkého magnetického provazce, který byl jako temný filament jednoznačně identifikován v ultrafialových snímkách. V průběhu erupce byly v ultrafialových snímcích zaznamenány struktury charakteristické spíše pro „úspěšné“ erupce, kaspy nebo jasné transverzální struktury.

Velmi pečlivým studiem jednotlivých drobností zachycených v bohatém pozorovacím materiálu dospěli autoři k závěru, že všechny studované jevy přímo souvisejí s magnetickou rekonexí. Ta proběhla v blízkosti kaspů, resp. v oblastech nad nimi. Urychlené částice pak byly vrženy do nových struktur magnetického pole, udeřily do nižších vrstev atmosféry a vytvořily nová jasná erupční vlákna. Tento scénář je potvrzen pozorovaným vytvářením horkých erupčních smyček pod kaspy a zjasněním, které se objevilo podél dříve existujícího magnetického provazce.

Zbývá odpovědět na otázku, odkud pocházejí vzácné SPDB, které byly zaznamenány na počátku expanzní fáze. SPDB se objevily téměř současně s prvními zjasněními, zřejmě tedy souvisejí se šířením urychlených svazků od rekonexní oblasti skrz magnetické pole provazce, které mělo téměř horizontální orientaci. Tomuto scénáři podle autorů právě nasvědčuje i unikátní S-ovitý tvar jednoho z SPDB vzplanutí. Autoři studovali tuto neobvyklou situaci pomocí numerické simulace, v níž sledovali projevy šíření svazku částic helikálním magnetickým polem, které bylo orientované téměř horizontálně k povrchu Slunce. V simulaci se tak podařilo vyvolat závan trvající 7 sekund v místech s relativně hustším plazmatem, v němž nelze zanedbat srážky částic. Na základě tohoto experimentu autoři navrhují, že ve studované erupci byly za pozorované SPDB odpovědné nejspíš protonové nebo neutrální svazky s energiemi kolem 4,7 MeV.

Studie ukazuje, že pokud je k dispozici dostatečně bohatý pozorovací materiál pokrývající nejrůznější oblasti elektromagnetického spektra, lze se o nesmírně dynamických procesech probíhajících v erupcích stále dozvídat nové informace.

Michal Švanda

Citace práce

A. Zemanová, M. Karlický, J. Kašparová a J. Dudík, Flare Expansion to a Magnetic Rope Accompanied by Rare Radio Bursts, Astrophysical Journal 905 (2021) id.111, preprint arXiv:2101.08633

Kontakt: Mgr. Alena Zemanová, PhD., alena.zemanova@asu.cas.cz