Mengkarakterisasi turbulensi koronal menggunakan pencitraan snapshot semburan radio pada 80 – 200 MHz oleh Atul Mohan – Komunitas Astronom Radio Surya Eropa

Semburan radio gelombang surya tipe-III meter menawarkan cara unik untuk mempelajari sifat turbulensi melintasi ketinggian koronal. Model teoretis telah menunjukkan bahwa intensitas dan ukuran yang jelas dari sumber ledakan berkembang pada skala sub-detik karena hamburan gelombang radio yang turbulen di dekat lokasi pembangkitnya (Arzner & Magun, 1999; Kontar et al., 2019). Munculnya kemampuan pencitraan spektroskopi snapshot irama tinggi dalam pita gelombang meter telah membuat pengamatan efek terkait turbulensi layak di berbagai ketinggian koronal. Dengan membandingkan pengamatan dengan model yang ada, sekarang dimungkinkan untuk mempelajari skala spatio-temporal dan kekuatan fluktuasi kepadatan ($\delta$N/N) di seluruh korona. Studi ini menyajikan sifat turbulensi pada rentang ketinggian ~1,54 – 1,75 R$_\odot$ yang dieksplorasi oleh pita 80 – 200 MHz. Ini memperluas hasil sebelumnya yang terutama berada dalam 30 – 80 MHz ( $\gtrsim$ 1.9 R$_\odot$).

Acara & Analisis

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan observasi arsip tipe-III dari Murchison Widefield Array (MWA). Peristiwa yang memenuhi kriteria berikut dipilih: sumber dekat dengan pusat disk; memiliki struktur pulsa tunggal dalam waktu di seluruh pita 80 – 240 MHz; tidak ada sumber terdekat yang sudah ada sebelumnya. Kriteria pusat-disk memastikan bahwa garis-garis medan terbuka yang dilalui oleh elektron supra-termal yang memicu ledakan adalah satu-satunya garis pandang. Jadi efek hamburan sumber turbulen yang diamati pada bidang gambar terutama hanya bergantung pada bidang yang tegak lurus terhadap struktur medan magnet terbuka. Ini membuat kerangka hamburan isotropik berlaku untuk tingkat yang baik. Kondisi jomblo struktur pulsa memastikan bahwa peristiwa tersebut terkait dengan episode tunggal yang dominan dari percepatan partikel dan karenanya evolusi fluks spektral yang diamati dapat ditafsirkan sebagai respons terhadap peristiwa tunggal. Hanya pengamatan yang cocok dengan semua kriteria.

Gambar 1. (ab) – Kerapatan fluks terintegrasi dan evolusi area dari sumber ledakan Gaussian. Garis hitam tebal memisahkan pita MWA 2 MHz.(c): Kurva cahaya yang dinormalisasi pada frekuensi pita tengah.

Pencitraan dataset ini dilakukan pada resolusi 0,5 s dan 160 kHz menggunakan pipa AIRCARS. Kecocokan Gaussian 2D dilakukan pada gambar burst dan evolusi fluks terintegrasi dan deviasi standar di sepanjang sumbu mayor dan minor ($\sigma_{mayor(minor)}$) diperkirakan. Evolusi area sumber diperoleh sebagai $\pi \sigma_{mayor} \sigma_{minor}$, di seluruh pita pengamatan. Gambar 1 a&b menunjukkan evolusi luas dan fluks terintegrasi dari sumber dalam satuan yang dinormalisasi. Perhatikan bahwa pengamatan MWA berada di 12 pita 2 MHz terpisah yang berpusat di sekitar frekuensi kurva cahaya pada Gambar. 1c.

Hasil

Gambar 2.(a) – $\delta$N/N dan skala situasi teoretis melintasi ketinggian (bertitik). (b): Ukuran sumber intrinsik dan ukuran tabung fluks terbuka pada ketinggian. (cd): Rata-rata ukuran sumber dan waktu peluruhan di seluruh frekuensi dengan model hukum daya yang paling sesuai (hitam). Daerah yang diarsir menandai model empiris oleh Kontar, EP et al., 2019.

Area sumber ledakan yang diamati meningkat seiring dengan evolusi intensitasnya konsisten dengan model propagasi gelombang radio di bawah turbulensi isotropik pada bidang gambar. Pengamatan menunjukkan bahwa efek turbulensi terutama terbatas pada sekat efektif yang sempit dengan lebar L ~ 0,25 R$_\odot$. Perkiraan $\delta$N/N ditemukan lebih besar daripada skala saturasi teoretis ($\delta$N/N$_{sat}$) yang menyiratkan rezim difusif dari propagasi gelombang radio. $\delta$N/N meningkat dengan tinggi koronal mengikuti fungsi hukum pangkat dengan indeks 2.2$\pm$0.7. Mengurai efek hamburan, ukuran sumber sebenarnya dapat diperkirakan (Gbr. 2 b) yang dibandingkan dengan model empiris untuk ukuran loop koronal tertutup oleh Aschwanden, M, 2003. Ukuran yang diamati sesuai dengan model empiris dalam urutan besarnya tetapi secara sistematis lebih tinggi. Ini bisa jadi karena tabung fluks terbuka umumnya lebih lebar daripada yang tertutup. FWHM rata-rata yang diamati dari sumber Gaussian dan intensitasnya waktu peluruhan pulsa dipelajari sebagai fungsi dari frekuensi pengamatan (Gbr. 2 c&d). Membandingkannya dengan tren empiris yang diturunkan oleh Kontar, EP et al., 2019 menggunakan data frekuensi rendah terutama menunjukkan kecocokan yang menarik dengan dependensi hukum daya yang serupa.

Kesimpulan

Pekerjaan ini memperluas hasil turbulensi koronal pada rentang 30 – 80 MHz hingga 200 MHz menggunakan data dari MWA. Kekuatan fluktuasi kepadatan ($\delta$N/N) meningkat dengan ketinggian sebagai hukum-kekuatan dengan indeks ~ 2.2$\pm$0.7. Namun, jika digabungkan dengan hasil sebelumnya, nilai $\delta$N/N hanya bervariasi dalam beberapa faktor di ~ 1,5 – 2,2 R$_\odot$. Ukuran dan waktu peluruhan dari sumber burst secara kasar mengikuti model empiris yang diturunkan untuk data frekuensi rendah. Ukuran intrinsik dari sumber burst diturunkan, mengoreksi perluasan hamburan. Hasilnya konsisten dengan harapan dari tabung fluks koronal terbuka.

Berdasarkan makalah terbaru: Atul Mohan, 2021, A&A, 655, 77

Referensi

Coles, WA & Harmon, JK 1989, ApJ, 337, 1023

Arzner, K. & Magun, A., 1999, A&A, 351, 1165

Wohlmuth, R., Plettemeier, D., Edenhofer, P., dkk. 2001, Ilmu Luar Angkasa. Wahyu, 97, 9

Aschwanden, MJ 2003, ArXiv e-prints, arXiv:astro-ph/0309505

Kontar, EP, Chen, X., Chrysaphi, N., dkk., 2019, ApJ, 884, 122