[论文解读] Quiet Sun impulsive events observed with NuSTAR during solar minimum

Sarah Paterson, I. G. Hannah+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2026

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 0

一句话总结

NuSTAR 在太阳极小期探测到七个安静日冕 impulsive 事件；谱线指示温度在 3.1–4.0 MK 的热等离子体，未发现稳定的非热发射，热能在 2.5–8.9×10^25 erg。

ABSTRACT

The investigation of small-scale energy release in the Sun's atmosphere is important in understanding how the corona is heated. Previous work has been able to study small EUV and SXR brightenings outside of active regions (i.e. the quiet Sun), but with HXRs this has mostly focused on active region transients/microflares due to the sensitivity of available telescopes. In this paper we present observations of the quiet Sun with the Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), an X-ray imaging spectrometer with much greater sensitivity than previous instruments, allowing the observation of faint events. During the recent solar minimum, NuSTAR captured seven quiet Sun flares/impulsive brightenings, three on 21 February 2020, and four on 12-13 September 2020. From fitting their NuSTAR HXR spectra we find temperatures of 3.1-4.0 MK and emission measures between (0.75-17.0) $ imes 10^{43}$ cm$^{-3}$, which gives thermal energies between (2.5-8.9) $ imes 10^{26}$ erg. Only one event, a mini-filament eruption, showed evidence of slightly higher temperatures emission, confirmed through Differential Emission Measure analysis. None of the events showed evidence of non-thermal emission in their NuSTAR spectra, and we placed upper limits to the accelerated electron population. The thermal parameters for these quiet Sun events seem to scale differently to previously studied active region flares, suggesting a different energy release process might be dominating. However, this conclusion is affected by the different sensitivity and biases introduced by the various instruments and analysis approaches used.

研究动机与目标

• 研究安静日冕中小尺度 impulsive 加热以解答日冕加热问题。
• 利用 NuSTAR 表征安静日冕硬 X 射线的热特性（温度、发射测量 EM）。
• 评估这些事件中是否存在非热电子分布及其上限。
• 将安静日冕事件的能量释放与活跃区微爆发和大爆发进行比较，以推断可能的能量释放机制。

提出的方法

• 使用 APEC 热模型和太阳日冕丰度对每个安静日冕 impulsive 事件进行 NuSTAR 谱拟合。
• 同时拟合 FPMA 和 FPMB 谱以约束相对归一化。
• 在 2.2 keV 范围内拟合谱，以利用最近的标定改进。
• 从等温拟合中估算发射测量 EM 和温度；在残差指示时探索多热拟合。
• 使用 AIA 6 条日冕通道、NuSTAR 能带以及可用时 XRT Be-thin 共同推导微分发射测量 DEM。
• 从 T、EM 和 AIA 推导的源体积计算热能，使用 U_T = 3 k_B T sqrt(EM × V)（充 Filling factor = 1）。
• 通过冷厚靶建模在合理参数范围内（δ、E_c）对非热电子群进行上限设定，并与加热需求比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 solar minimum 期间，NuSTAR 观测到的安静日冕 impulsive X 射线事件的温度和发射测量 EM 是多少？
• RQ2 这些事件是否显示出非热电子加速的证据，如无，其上限是多少？
• RQ3 安静日冕事件的热特性与活跃区微爆发和大爆发的能量学特征有何比较？
• RQ4 这些事件是否存在多热结构的证据（例如更热分量）？

主要发现

• 分析了七个 impulsive 安静日冕事件（两次观测：2020-02-21 与 2020-09-12–13）。
• NuSTAR 谱拟合给出温度在 3.1–4.0 MK 的范围，且事件的发射测量 EM 为 (0.75–17) × 10^43 cm^-3。
• 热能在 (2.5–8.9) × 10^25 erg 范围内。
• 事件 2（小型耐 filament 上升）在 DEM 分析中显示出更热发射的证据；在等温与双热拟合之间，统计学并未强烈偏向更热分量，但与 >4 MK 的物质是一致的。
• 在 NuSTAR 谱中未发现非热发射的证据；非热上限意味着任何加速电子群若要与加热相一致，则需非常陡峭的光谱指数（δ）或单一能量 E_c。
• 与活跃区微爆发及先前的安静日冕 NuSTAR 研究相比，这些事件更冷、更暗，温度与之前的安静日冕爆发类似但发射测量 EM 通常较低；数据提示安静日冕可能存在不同的能量释放过程。