Para peneliti mengungkap wilayah akselerator partikel di dalam suar matahari

Suar matahari adalah salah satu ledakan paling dahsyat di tata surya kita, tetapi meskipun energinya sangat besar—setara dengan seratus miliar bom atom yang meledak sekaligus—fisikawan masih belum dapat menjawab dengan tepat bagaimana letusan tiba-tiba di matahari ini dapat terjadi. meluncurkan partikel ke Bumi, hampir 93 juta mil jauhnya, dalam waktu kurang dari satu jam.

Sekarang, dalam sebuah penelitian yang diterbitkan 8 Juni di Alampara peneliti di Institut Teknologi New Jersey (NJIT) telah menunjukkan lokasi yang tepat di mana partikel bermuatan suar matahari dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya.

Temuan baru, dimungkinkan melalui pengamatan suar matahari kelas X pada tahun 2017 oleh teleskop radio Expanded Owens Valley Solar Array (EOVSA) NJIT, telah mengungkapkan akselerator partikel yang sangat efisien yang terletak di ujung titik paling terang dari letusan di Bumi. atmosfer luar matahari, yang disebut “daerah puncak” suar, di mana plasma sekitar ledakan diubah menjadi elektron berenergi tinggi.

Para peneliti mengatakan penemuan wilayah, yang diukur hampir dua kali volume Bumi, dapat membuka pintu baru untuk menyelidiki proses fundamental percepatan partikel di mana-mana di alam semesta.

“Temuan dalam penelitian ini membantu menjelaskan misteri lama tentang bagaimana jilatan api matahari dapat menghasilkan begitu banyak energi hanya dalam hitungan detik,” kata Gregory Fleishman, penulis makalah dan profesor riset fisika terkemuka di NJIT’s Center for Solar-Terrestrial Research. . Flare melepaskan kekuatannya di wilayah matahari yang jauh lebih luas daripada yang diperkirakan oleh model klasik jilatan api matahari. Meskipun orang lain telah mendalilkan hal ini harus terjadi, ini adalah pertama kalinya ukuran, bentuk, dan lokasi spesifik dari wilayah kunci ini muncul. telah diidentifikasi, dan efisiensi konversi energi menjadi percepatan partikel di dalam suar telah diukur.”

Penemuan ini mengikuti studi terpisah dari tahun 2020 yang diterbitkan di Sains dan Astronomi Alamdi mana cuplikan rinci EOVSA tentang suar dan perubahan medan magnet matahari—diambil pada ratusan frekuensi radio sekaligus—awalnya memberi tim NJIT petunjuk lokasi.

“Studi terbaru kami menunjukkan titik puncak suar bisa menjadi lokasi di mana elektron berenergi tinggi seperti itu diproduksi, tetapi kami tidak yakin,” jelas Bin Chen, profesor asosiasi NJIT dan rekan penulis makalah tersebut. “Kami awalnya menemukan struktur seperti botol magnetik di situs yang berisi elektron dalam jumlah yang sangat besar dibandingkan dengan tempat lain di suar, tetapi sekarang dengan pengukuran baru dari penelitian ini, kami dapat lebih yakin mengatakan ini adalah partikel suar. akselerator.”

Dengan menggunakan kemampuan pencitraan gelombang mikro yang unik dari EOVSA, tim dapat mengukur spektrum energi elektron di ratusan lokasi suar matahari kelas X yang dipicu oleh konfigurasi ulang garis medan magnet di sepanjang permukaan matahari pada 10 September 2017.

“Pencitraan spektral EOVSA memberi kami peta komprehensif plasma termal suar saat berevolusi detik demi detik. Tetapi yang mengejutkan kami, apa yang kami temukan adalah lubang misterius di peta plasma termal yang mulai berkembang di puncak suar,” kata Gelu Nita, profesor riset NJIT dan rekan penulis makalah ini. “Lebih dari itu, ketika partikel termal di wilayah itu menghilang, lubang itu kemudian diisi dengan partikel non-termal berenergi tinggi.”

Analisis tim mengungkap proses konversi energi yang sangat efisien di dalam akselerator partikel solar flare, di mana energi intens dari medan magnet matahari dilepaskan dengan cepat dan ditransfer ke energi kinetik di dalam wilayah tersebut.

“Kami bertanya-tanya seberapa efisien proses konversi energi ini … berapa banyak partikel di area ini yang akan dipercepat melampaui energi panas ledakan?” tambah Sijie Yu, rekan penulis studi dan asisten profesor riset NJIT. “Menggunakan data ultraviolet ekstrim matahari, kami mengkonfirmasi bahwa hampir tidak ada partikel yang tersisa di dalam wilayah pada energi termal di bawah beberapa juta Kelvin, konsisten dengan pengukuran EOVSA bahwa semua partikel telah dipercepat menjadi energi non-termal yang lebih besar dari 20 keV, atau hampir 100 juta Kelvin.”

Tim sekarang mengatakan temuan terbaru ini dapat membantu para ilmuwan mempelajari pertanyaan mendasar dalam fisika partikel yang tidak mungkin terjadi di Bumi, serta menawarkan wawasan baru tentang bagaimana partikel berenergi tinggi dari matahari dapat berdampak pada Bumi selama peristiwa cuaca luar angkasa di masa depan.

“Aspek penting dari penelitian ini adalah mengarahkan perhatian para ahli teori ke lokasi yang tepat di mana sebagian besar pelepasan energi dan percepatan partikel terjadi, dan memberikan pengukuran kuantitatif untuk memandu model numerik,” kata Dale Gary, profesor dan direktur terkemuka NJIT. EOVSA. “Namun, untuk memperluas pengukuran kami ke daerah suar yang jauh lebih luas dan peristiwa suar yang lebih lemah tetapi lebih sering, kami sedang mengembangkan generasi berikutnya, radio array khusus surya yang disebut Teleskop Radio Surya Frequency Agile, yang akan setidaknya 10 kali lebih besar dan memesan besarnya lebih kuat.”

“Kami masih ingin menyelidiki mekanisme fisik yang mendorong percepatan partikel dalam semburan matahari. Tetapi penelitian di masa depan harus menjelaskan apa yang sekarang kita ketahui tentang ledakan besar ini—baik pelepasan energi utama di wilayah puncak dan efisiensi 100% di mana percepatan partikel bermuatan terjadi,” kata Fleishman. “Temuan ini membutuhkan revisi besar pada model yang kami gunakan untuk mempelajari semburan matahari dan dampaknya terhadap Bumi.”