[论文解读] Systematic Microwave Source Motions along Flare-arcade Observed by Nobeyama Radioheliograph and AIA/SDO

Sujin Kim, K. Shibasaki+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究利用 Nobeyama Radioheliograph (NoRH) 在 17 GHz 频率下的高时间分辨率数据以及 AIA/SDO EUV 成像仪，首次观测到在 2011 年 2 月 15 日的 X2.2 级耀斑期间，耀斑-拱形结构中微波源质心沿其方向发生系统性运动。该运动分为两个阶段，速度分别为 34 km s⁻¹ 和 22 km s⁻¹，被解释为由于等离子体连续爆发导致电子加速区域发生位移，且由加速电子产生的回旋同步辐射主导了微波辐射。

ABSTRACT

We found systematic microwave source motions along a flare-arcade using Nobeyama Radioheliograph (NoRH) 17 GHz images. The motions were associated with a X-class disk flare which occurred on 15th February 2011. For this study, we also used EUV images from Atmospheric Imaging Assembly (AIA) and magnetograms from Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) onboard Solar Dynamics Observatory, and multi-channel microwave data from Nobeyama Radiopolarimeters (NoRP) and Korean Solar Radio Burst Locator (KSRBL). We traced centroids of the microwave source observed by NoRH 17 GHz during the flare and found two episodes of the motion with several facts: 1) The microwave source moved systematically along the flare-arcade, which was observed by the AIA 94 A in a direction parallel to the neutral line. 2) The period of each episode was 5 min and 14 min, respectively. 3) Estimated parallel speed was 34 km/s for the first episode and 22 km/s for the second episode. The spectral slope of microwave flux above 10 GHz obtained by NoRP and KSRBL was negative for both episodes, and for the last phase of the second episodes, it was flat with the flux of 150 sfu. The negative spectrum and the flat with high flux indicate that the gyrosynchrotron emission from accelerated electrons was dominant during the source motions. The sequential images from the AIA 304 A and 94 A channels revealed that there were successive plasma eruptions and each eruption was initiated just before the start time of the microwave sources motion. Based on the results, we suggest that the microwave source motion manifests the displacement of the particle acceleration site caused by plasma eruptions.

研究动机与目标

• 研究在一次强 X 类太阳耀斑期间微波源运动的动力学特征。
• 确定微波源运动与 EUV 观测中等离子体爆发之间的关系。
• 利用多波段、高时间分辨率观测，识别系统性微波源运动背后的物理机制。
• 澄清该运动是否反映了日冕中粒子加速区域的位移。
• 比较微波源与硬 X 射线源的行为，以理解发射区域动力学的差异。

提出的方法

• 利用 NoRH 在耀斑期间以 1 秒时间分辨率获取的 17 GHz 微波图像，追踪微波源质心位置。
• 将微波源运动与 AIA 304 Å 和 94 Å 波段中的 EUV 亮温变化相关联，以确定等离子体爆发的时间。
• 利用 NoRP 和 KSRBL 数据分析 10 GHz 以上频段的微波谱，以确定谱斜率和通量演化。
• 利用 HMI 磁像图分析磁场结构和中性线方向。
• 将微波源运动与 RHESSI 硬 X 射线数据进行比较，以评估源位置和运动的一致性。
• 应用非对称丝状体爆发和磁声波传播的模型，以解释观测到的运动。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 2011 年 2 月 15 日的 X 类耀斑期间，微波源质心沿耀斑-拱形结构发生系统性运动的原因是什么？
• RQ2 EUV 中等离子体爆发的时间与微波源运动的起始和持续时间之间有何关系？
• RQ3 尽管微波源发生系统性运动，但硬 X 射线源为何未表现出系统性运动？这对粒子沉降意味着什么？
• RQ4 微波辐射的谱斜率和通量演化揭示了发射电子的何种特性？
• RQ5 微波源运动能否被解释为电子加速区域位移的直接指标？

主要发现

• 在耀斑-拱形结构中观测到两个明显的微波源系统性运动阶段，持续时间分别为 5 分钟和 14 分钟。
• 在两个阶段中，微波源沿磁中性线方向以 34 km s⁻¹ 和 22 km s⁻¹ 的速度移动。
• 在两个阶段中，10 GHz 以上频段的微波通量谱斜率为负，表明为加速电子产生的回旋同步辐射。
• 在第二阶段的末期，谱型变为平坦，通量达 150 sfu，表明高能电子注入增强并产生强辐射。
• AIA 304 Å 和 94 Å 波段中连续的等离子体爆发发生在每个微波源运动阶段开始之前。
• 尽管微波源发生系统性运动，但 RHESSI 硬 X 射线源未表现出系统性运动，表明磁镜效应或复杂磁场结构可能抑制了在足点区域的电子沉降。