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太阳射电暴产生的磁场条件之谜

2023-03-22 10:02     来源:引力天文      等离子体 天体物理宇宙射线
磁流体激波在宇宙中无处不在,它是宇宙中一种非常有效的粒子加速器。至今为止,在天体物理中,日冕激波是唯一的可以被三维立体观测的磁流体激波,且我们能观测到日冕激波从“出生”到“死亡”的完整演化过程。对于日冕激波的研究将有助于我们理解宇宙中的“加速器”。

磁流体激波加速电子会产生高速电子流,高速电子流与背景等离子体相互作用会激发射电辐射,对于日冕激波,这一过程最终会以太阳II型射电暴的形式出现在射电频谱图上,被我们记录。磁场是磁流体激波有别于流体力学激波的灵魂。磁场构型在激波加速粒子,激发射电辐射的过程中起到了什么的作用?人类对这一问题尚缺乏了解。

图1 势场外推得到的激波面附近的三维磁场结构。

对此问题,科研工作者(Su等人)对一个日冕激波的磁场结构进行了研究。利用太阳动力学天文台和日地关系天文台在极紫外波段的立体观测,科研工作者开发了三维激波面的拟合程序。结合法国Nancay射电日像仪观测和太阳磁场的势场外推,科研人员开发了计算激波面上矢量磁场的方法。用这个方法,科研工作者定位了II型射电暴源区在三维激波面上的位置,并得到了激波面上的三维背景磁场结构。

在这个工作中,科研人员发现射电源区的背景磁场与激波面的夹角并不呈正态分布,而是呈现出双峰分布的结构。双峰分布的磁场结构表明激波面上的磁场存在明显的剪切,这种磁剪切的磁场结构可能在激发射电辐射中起到了重要作用,同时也表明激发射电辐射的磁场条件可能远比想象的要复杂。

图2 太阳动力学天文台和日地关系天文台在极紫外波段观测到的日冕激波,蓝色为拟合的激波三维结构,红色和绿色等高线为射电源区。

此外,利用描述激波各参数在上下游之间关系的数学工具(R-H关系),科研工作者得到了激波上下游的压缩比、磁场、Alfven马赫数等。科研工作者所开发和使用的这套方法为磁流体激波的三维磁场结构在激发射电辐射中所起到作用的参数化研究提供了示范。

图3 激波面上磁力线与激波面的夹角(b和e)和磁场强度(c和f)的分布图。

在未来,科研人员期待结合三维激波的观测和日球层中的局地卫星观测,进一步揭示磁流体激波II型射电暴所需的磁场条件;科研人员也期待日冕激波与超新星遗迹激波的比较研究,这将有助于检验宇宙中不同尺度的磁流体激波诱发射电辐射的磁场条件是否一致。相关论文发表在《天体物理学报》上,作者为Su等人。

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