ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 41, № 10, с. 642-650
СВЯЗЬ МЕЖДУ ПОЯВЛЕНИЕМ ИСТОЧНИКОВ y-ИЗЛУЧЕНИЯ И УДАРНОЙ ЛИНЕЙНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ЛИНИИ На ВО ВСПЫШКЕ 23 ИЮЛЯ 2002 ГОДА
© 2015 г. Н. М. Фирстова*
Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН, Иркутск
Поступила в редакцию 03.02.2015 г.
При спектро-поляриметрических наблюдениях на Большом солнечном вакуумном телескопе вспышки балла 2В/4.8Х 23 июля 2002 г. нами в южной ленте была обнаружена ударная линейная поляризация. Максимальная поляризация превысила 10%. В целом поляризация наблюдалась только в течение ^6 мин из почти 2 ч наблюдений этой вспышки. Профили линии На имели в это время глубокое самообращение в центре. В настоящей работе проведено сопоставление наблюденной на БСВТ с данными Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI), где впервые были получены местоположения 7-излучения. При точном сопоставлении выяснилось, что эффекты в линии На наблюдались на участке <10", который был расположен между двумя рентгеновскими источниками в южной ленте. В этом же месте, по данным RHESSI, наблюдался источник 7-излучения, обусловленный потоком высокоэнергичных (^1 МэВ) электронов. События в короне и в верхней хромосфере совпадают с наблюденными эффектами в линии На также и по времени. В работе делается предположение, что два рентгеновских источника представляют собой общее основание южной ветви петли, раздвоенное из-за высыпания высокоэнергичных электронов. Предполагается, что внедрение этих электронов в плотные слои хромосферы могло привести к ударной поляризации и провалу интенсивности в линии На в южной ленте вспышки в отличие от северной ленты, где наблюдался типичный источник жесткого рентгена с энергией ~20—120 кэВ, самообращение в центре линии На и поляризация отсутствовали.
Ключевые слова: Солнце, поляризация, потоки частиц.
DOI: 10.7868/80320010815090028
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время имеются примеры успешных наблюдений ударной линейной поляризации спектральных линий в солнечных вспышках (Эну, Семел, 1981; Эну и др., 1983; Бабин, Коваль, 1985; Эну, Шамбе, 1990; Фирстова, Булатов, 1996; Фирстова и др., 1997, 2014; Ксу и др., 2005, 2006). Поскольку ударная поляризация возникает при условии анизотропного воздействия на излучающий атом, то, гипотетически, эти наблюдения позволяют получить информацию о роли пучков ускоренных частиц в нагреве хромосферы во время солнечных вспышек. В то же время, согласно работам Брауна (1971), Ашвандена (2002) и Флетчер (2010), известно, что излучение из оснований вспышечных петель, наблюдаемых в жестком рентгеновском диапазоне и расположенных в верхней хромосфере, вызваны тормозным излучением электронов с энергией 20—150 кэВ.
Электронный адрес: first@iszf.irk.ru
Следовательно, пучки именно таких электронов вкладывают свою энергию в нагрев хромосферы. С другой стороны, электроны с низкой энергией не могут сохранить свое первоначальное направление в плотных слоях хромосферы из-за кулоновских столкновений. Это приводит к их изотропному распределению по скоростям, вследствие чего возникновение поляризации невозможно. Тогда Вогт и Эну (1996, 1999) и Вогт и др. (2001) показали, что возможным механизмом ударной поляризации могут быть пучки низкоэнергичных протонов. К сожалению, нет уверенных наблюдательных данных низкоэнергичных протонов. Однако Эмсли и др. (2000) нашли, что при наблюденной энергии ускоренных протонов ^10 МэВ протоны с энергиями ^200 кэВ могут составлять существенную долю полной энергии, выпущенной во время вспышки. Таким образом, несмотря на то, что есть независимые доказательства бомбардировки хромосферы пучками энергичных частиц, возникающими в результате пересоединения магнитных силовых ли-
ний в короне, довольно трудно объяснить наблюдаемую поляризацию. Поэтому предлагаются другие механизмы, вызывающие поляризацию в солнечных вспышках. Так, наблюдаемая на франко-итальянском телескопе THEMIS ударная поляризация в двух противоположных направлениях (радиальном и тангенциальном) Эну и Карлиц-ким (2003) интерпретировалась как свидетельство обратного тока, генерируемого внедрением пучка нетепловых электронов в хромосферу во время солнечных вспышек. Для объяснения линейной поляризации во вспышках Степан и Хайнцель (2013) предложили резонансную линейную поляризацию, вызываемую анизотропией излучения в неоднородной среде вспышечных лент.
Вспышка балла 4.8X наблюдалась 23 июля 2002 г. с помощью спектрополяриметрии на Большом солнечном вакуумном телескопе (БСВТ). Спектрополяриметрия выявила наличие кратковременной линейной поляризации высокой степени. Результаты наблюдений этой вспышки предварительно представлены в статье Фирстовой и др. (2003) и подробно — в работе Фирстовой и др. (2012). При тщательной обработке всех 250 спектрограмм поляризация была обнаружена только на 13 из них во время взрывной фазы вспышки. На этих спектрограммах форма профиля интенсивности линии На в двух лентах была различна: линия На в северной ленте наблюдалась полностью эмиссионной, в то время как в южной ленте в центре линии было глубокое самообращение. Линейная поляризация высокой степени (до 15%) была обнаружена только в ленте с самообращением линии, в другой ленте поляризация отсутствовала.
Данной вспышке посвящено достаточно много публикаций (по некоторым данным их порядка 60). Это связано как с определенной уникальностью вспышки, так и с тем, что это была первая мощная вспышка, где были произведены наблюдения в жестком рентгеновском диапазоне с высоким пространственным разрешением, и впервые получена локализация 7-излучения в линиях и континууме с помощью инструментов, установленных на борту Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic (RHESSI). Целью настоящей работы было сопоставление результатов наблюдений в хромосфере при использовании БСВТ с данными RHESSI, полученными для короны и верхней хромосферы в этой вспышке.
В первом разделе кратко описаны различия в интенсивности линии На и поляризации между двумя лентами вспышки. Во втором разделе показано различие двух оснований петли (или петель) по одновременным данным с RHESSI.
В третьем разделе делается попытка качественно объяснить наблюдаемые на БСВТ спектро-поляриметрические эффекты в этой вспышке.
РАЗЛИЧИЯ В ИНТЕНСИВНОСТИ ЛИНИИ На И ПОЛЯРИЗАЦИИ МЕЖДУ ДВУМЯ ЛЕНТАМИ ВСПЫШКИ
Спектрополяриметрические наблюдения вспышки проводились на БСВТ (Скоморовский, Фирсто-ва, 1996), имеющем теоретическое пространственное разрешение 0.3" и спектральное разрешение спектрографа в рабочих порядках ~0.01A. За щелью спектрографа был установлен ромбоэдр, разводящий обыкновенный и необыкновенный лучи и позволяющий одновременно регистрировать солнечный спектр в двух взаимно ортогональных поляризациях. Регистрация спектров осуществлялась с помощью ПЗС-камеры (512 х 512) производства Princeton Instruments. На каждой спектрограмме в одном пикселе содержится 0.17" и 0.0197 A. Во время наблюдения на щель спектрографа помещались наиболее интересные (часто просто более яркие) участки вспышки. Вспышка началась в ~00:18 UT в активной области NOAA 0039 на S13E72. Максимум эмиссии На, микроволновой радио и НХR эмиссии (RHESSI) приходится на <^00:28—00:31 UT; максимум мягких Х-лучей (GОЕS) наступил позже, в 00:35 UT. На рис. 1 представлены результаты, заимствованные из статьи Лин и др. (2003), где дано развитие во времени величины потоков от этой вспышки в жестком рентгеновском диапазоне ив 7-излучении, полученные на RHESSI, и в мягком рентгене — на GОЕS. Вертикальные линии на рис. 1 разделяют вспышку на три фазы: начальную, взрывную и постепенную фазы. Наблюдения на БСВТ проводились с 00:32:09 UT до 02:19 UT. При наблюдениях во время взрывной фазы (когда была обнаружена поляризация) А/2 пластинка не использовалась, т.е. определялся только параметр Стокса Q. Несмотря на то что мы наблюдали всю вспышку в течение почти двух часов, свидетельства поляризации были получены только во время взрывной фазы.
Даже во время взрывной фазы поляризация была обнаружена не на всех спектрограммах. Слежение производилось визуально через интерференционно-поляризационный фильтр (ИПФ), установленный в отраженном от зеркальной щели спектрографа свете, с полосой пропускания в центре линии На. В первые минуты наблюдения на экране монитора ПЗС-камеры было изображение двух вспышечных лент с длинными эмиссионными крыльями, в то время как в окуляре ИПФ было видно, что щель пересекает только
- 10-4 | ю-5
|ю-6
¿з 10-7
м 10-6 О 106
о
и -о
104
102
100
10-
10
-4
0020
0040
1.6 кеУ 3.1 кеУ
12-20 кеУ
20-40 кеУ
40-80 кеУ 80-150 кеУ 150-400 кеУ 0.4-0.8 МеУ 0.8-2.2 МеУ
2.223 МеУ 2.2-7 МеУ
Рис. 1. Развитие рентгеновского и 7-излучения в разных энергетических полосах во время развития вспышки 23 июля 2002 г., заимствованные из работы Лин и др. (2003).
одну вспышечную ленту. Это связано с тем, что центр линии На в одной из лент был в поглощении. Однако наблюдатель стремился установить на щель спектрографа обе ленты вспышки, видимые в ИПФ, т.е. в ядре линии На, что привело к уменьшению случаев обнаружения поляризации.
Свидетельства линейной поляризации были обнаружены только в той части южной ленты, где профиль линии На имел сильное самообращение в центре, т.е. в той части вспышки, которая не была видна в эмиссии. Различие в профилях интенсивности линии На в двух лентах вспышки показано на рис. 2. Здесь представлены по одной из двух ортогональных, одновременно полученных полосок спектра для разных моментов времени взрывной фазы. Там же дано изображение вспышки в жестком рентгеновском диапазоне, полученное на RHESSI и наложенное на изображение в центре линии На по данным BBSO.
На рис. 2 видно, что в жестком рентгеновском диапазоне на северной ленте располагается одно основание вспышечной петли, а на южной — два основания. Полагаем, что северная ветвь петли упирается в яркую эмиссионную ленту вспышки, в то время как под двумя основаниями в части южной ветви петли эмиссия отсутствует, по крайней мере,
в центре линии На. Если обратиться к спектрограммам на рис. 2, то видно, что в южной лент
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.