научная статья по теме ТОНКАЯ СТРУКТУРА ИСТОЧНИКОВ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИХ ПУЛЬСАЦИЙ “ОДНОПЕТЛЕВЫХ” СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК Астрономия

Текст научной статьи на тему «ТОНКАЯ СТРУКТУРА ИСТОЧНИКОВ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИХ ПУЛЬСАЦИЙ “ОДНОПЕТЛЕВЫХ” СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК»

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2013, том 39, № 4, с. 297-309

УДК 523.985.3

ТОНКАЯ СТРУКТУРА ИСТОЧНИКОВ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИХ ПУЛЬСАЦИЙ "ОДНОПЕТЛЕВЫХ" СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК

© 2013 г. И. В. Зимовец1*, С. А. Кузнецов2'3**, А. Б. Струминский1***

1Институт космических исследований РАН, Москва 2Научно-исследовательский радиофизический институт, Нижний Новгород 3Главная астрономическая обсерватория РАН, Пулково

Поступила в редакцию 09.10.2012 г.

Анализ наблюдательных данных, полученных с высоким угловым разрешением в диапазонах вакуумного ультрафиолетового (1", TRACE) и жесткого рентгеновского (4", RHESSI) излучения в некоторых вспышках, ранее считавшихся "однопетлевыми", показывает, что они таковыми не являются. Толстые одиночные петли диаметром 13"—21", наблюдаемые в микроволновом диапазоне с угловым разрешением 5" —10" (NoRH), в действительности представляют собой аркады более тонких петель диаметром менее 3". В этом случае наблюдавшиеся квазипериодические пульсации микроволнового излучения являются не следствием колебаний уединенной толстой петли, как обычно предполагается, а результатом последовательного вовлечения множества относительно более тонких петель в процесс вспышечного энерговыделения. Установленные факты накладывают существенные ограничения на модели генерации пульсаций во вспышках.

Ключевые слова: солнечные вспышки, микроволновое, ультрафиолетовое, жесткое рентгеновское излучение, пульсации.

001: 10.7868/80320010813040062

ВВЕДЕНИЕ Спектральный (частотный) анализ часто позволяет выявить присутствие периодических или квазипериодических пульсаций (КПП) во временных профилях жесткого рентгеновского и микроволнового излучения солнечных и звездных вспышек (Зайцев, Степанов, 2008; Накаряков, Мельников, 2009). Природа КПП до сих пор не установлена несмотря на то, что был предложен ряд механизмов для объяснения. Наибольшую популярность приобрели модели, основанные на магнитогидроди-намических (МГД) колебаниях магнитных петель (Накаряков, 2007). Тем не менее углового разрешения современных солнечных телескопов жесткого рентгеновского и микроволнового излучения, как правило, недостаточно для точного определения пространственной структуры вспышечной области, генерирующей КПП, и надежного выбора модели для их описания.

Куприянова и др. (2010) провели детальное исследование временных профилей микроволнового излучения солнечных вспышек, наблюдавшихся

Электронный адрес: ivanzim@iki.rssi.ru Электронный адрес: kuznetsov@nirfi.sci-nnov.ru Электронный адрес: astrum@iki.rssi.ru

одновременно радиогелиографом и радиополяриметрами японской солнечной обсерватории Нобе-яма: соответственно Nobeyama Radioheliograph (NoRH; Накажима и др., 1995) и Nobeyama Radio Polarimeters (NoRP; Накажима и др., 1985). Для анализа были отобраны вспышки, произошедшие с 2002 г. по 2005 г., в родительских активных областях которых по данным NoRH наблюдались микроволновые источники, имевшие отчетливую форму одиночной петли. Было показано, что в 10 из 12 событий временные профили микроволнового излучения содержат КПП. Иными словами, было продемонстрировано, что КПП являются обычным явлением, сопровождающим "од-нопетлевые" вспышки. Так как наблюдалась од-нопетлевая структура микроволновых источников КПП и установленные периоды КПП (P = 5—60 с) соответствовали оценкам периодов гипотетически возможных МГД-колебаний магнитных петель, авторы работы пришли к выводу, что КПП являются, по всей видимости, следствием МГД-колебаний петель. Эти колебания, однако, непосредственно зафиксированы не были.

В настоящей работе показано, что по крайней мере некоторые одиночные вспышечные "петли",

наблюдаемые в микроволновом диапазоне с помощью NoRH (Куприянова и др., 2010), в действительности представляют собой аркады петель, если смотреть на них при помощи телескопов с более высоким угловым разрешением. При этом КПП микроволнового излучения являются не следствием МГД-колебаний уединенной вспышечной "петли", а результатом последовательного вовлечения множества петель аркады в процесс энерговыделения.

ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЙ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Из десяти вспышек с КПП, изученных Куприяновой и др. (2010), нами отобраны только две (M5.7 14 марта 2002 г. и M9.1 22 июля 2004 г.), которые помимо радиогелиографа NoRH также наблюдались одновременно телескопом-спектрометром Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI; Лин и др., 2002) и телескопом Transition Region and Coronal Explorer (TRACE; Хэнди и др., 1999). Оба инструмента имеют принципиально важное значение для нашего исследования.

TRACE. Угловое разрешение TRACE составляет примерно 1" (при размере пикселя ПЗС-матриц 0.5"), что является рекордом для солнечных ультрафиолетовых телескопов, когда-либо функционировавших на космических аппаратах. Это крайне важно для нашей работы. Время между получением соседних изображений (каденс) было непостоянным для изучаемых вспышек. Для вспышки 14 марта 2002 г. оно составляло в среднем 16 с, а для вспышки 22 июля 2004 г. — 4 с. Время экспозиции варьировалось от 0.3 с до 1 мин. Вспышка 14 марта 2002 г. наблюдалась с использованием только одного узкополосного фильтра 171 A. Во время вспышки 22 июля 2004 г. поочередно использовались два фильтра с пиками пропускной способности в окрестности длин волн 1600 A и 1700 A, а также фильтр WL (white light). В зависимости от физических условий во вспышечной области фильтр 171 A позволяет наблюдать как хромосферные вспышечные ленты, так и соединяющие их корональные вспышечные петли (см., например, Антиохос и др., 2000; Филлипс и др., 2005). Фильтры 1600 A и 1700 A позволяют наблюдать в основном излучение хромосферного вещества, в частности хромосферные вспышечные ленты.

RHESSI. В диапазонах мягкого (3—10 кэВ) и жесткого (10—100 кэВ) рентгеновского излучения вспышечные области исследовались посредством анализа данных фронтальных сегментов детекторов № 2—8 телескопа-спектрометра RHESSI

(Смит и др., 2002). Потоки излучения с энергиями более «100 кэВ в рассматриваемых вспышках были слишком малы, чтобы строить качественные изображения. Угловое разрешение коллиматоров используемых детекторов № 2—8 варьируется от 3.92" до 105.8". Данные наблюдений детектора № 1 с коллиматором, обладающим наилучшим разрешением 2.26", мы не использовали, так как они не добавляли существенной информации при синтезе изображений, но лишь зашумляли полезный сигнал. Изображения в диапазонах мягкого и жесткого рентгеновского излучения синтезировались с использованием алгоритмов CLEAN и PIXON соответственно (Харфорд и др., 2002). Размер пикселя изображений при использовании алгоритма CLEAN составлял 2", а при использовании PIXON — 4". Время интегрирования для построения изображений выбиралось равным 8 с, 16 с или 32 с в зависимости от потока рентгеновского излучения. Это время примерно равно соответственно двум, четырем или восьми периодам обращения RHESSI вокруг собственной оси.

NoRH. Для изучения вспышечных источников микроволнового излучения по данным NoRH были синтезированы карты яркостной температуры на двух доступных частотах — 17 и 34 ГГц. На 17 ГГц карты яркостной температуры синтезировались отдельно для суммы (параметр Стокса I) и разности (параметр Стокса V) право- и левополяризован-ного излучения, на 34 ГГц — только для суммы. Отметим, что карты разности противоположно поляризованного излучения содержат важную для нас информацию. Они позволяют уточнить геометрию магнитной структуры изучаемых вспышечных областей, поскольку парные основания вспышеч-ных петель, если они расположены в пределах гелиодолгот примерно ±30° (исследуемые события удовлетворяют этому критерию), обычно испускают микроволновое излучение на частотах выше «10 ГГц с противоположной круговой поляризацией (Алиссандракис, Прека-Пападема, 1984; Кунду и др., 2001). В области положительной магнитной полярности испускается преимущественно излучение, поляризованное по правому кругу, а в области отрицательной магнитной полярности — по левому кругу. Для синтеза всех радиокарт использованы данные с разрешением по времени 1 с. Номинальное угловое разрешение NoRH на частотах 17 ГГц и 34 ГГц составляет примерно 10" и 5" соответственно. Размер пикселя для всех изображений выбирался равным 2.5".

Важно подчеркнуть, что радиогелиограф NoRH и рентгеновский телескоп-спектрометр RHESSI функционируют совсем иначе, нежели телескопы, в которых происходит фокусировка приходящего

излучения. В основе построения изображений обоих этих инструментов заложены принципы фурье-синтеза. При этом, поскольку фурье-плоскости как NoRH, так и RHESSI заполнены далеко не полностью, синтезируемые по их данным изображения содержат значительно более грубую информацию о пространственной структуре источников излучения, чем изображения, которые были бы построены с помощью фокусирующих телескопов с таким же угловым разрешением. Это обстоятельство необходимо учитывать при интерпретации полученных изображений.

MDI/SOHO. Для уточнения конфигурации маг-нитоплазменных структур в исследуемых вспы-шечных областях, в частности для нахождения линии инверсии магнитной полярности (нейтральной линии) на фотосфере, мы использовали магнитограммы продольной по лучу зрения компоненты магнитного поля, полученные с помощью магнитографа Michelson Doppler Imager (MDI; Шер-рер и др., 1995) на борту космического аппарата SOHO. Размер пикселей магнитограмм составляет «2", каденс магнитограмм — 1 мин, уровень шума — примерно 30 Гс на пиксель. Стоит отметить, что, поскольку обе вспышки располагались вблизи центра солнечного диска, измеряемая продольная по лучу зрения компонента магнитного поля практически совпадает с вертикальной относительно поверхности Солнца компонентой. Это обстоятельство облегчает интерпретацию источников поляризованного микроволнового излучения.

Цифровые изображения вспышечных областей, полученные с помощью всех перечисленных выше инструментов (TRACE, RHESSI, NoRH и MDI), визуализировались, совмещались друг с другом и анализировались, в частности, посредством использования процедуры plot_map, входящей в состав общедоступного

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.

Показать целиком