Солнечную вспышку заперли в магнитной клетке

Астрофизики смоделировали процесс эволюции структуры магнитного поля на поверхности Солнца во время солнечных вспышек и определили, при каких условиях при вспышке будет происходить корональный выброс массы. Оказалось, что вероятность выброса, как и его энергия, зависит от величины магнитного поля, силовые линии которого образуют своеобразную клетку вокруг активной области, пишут ученые в Nature. Кратко о результатах исследования сообщает пресс-релиз NASA.

Во время солнечной вспышки в активной области на поверхности Солнца происходит взрывной процесс выделения энергии. Вспышки происходят из-за взаимодействия солнечных пятен противоположной магнитной полярности и сопровождаются значительной перестройкой магнитного поля на поверхности звезды в результате магнитного пересоединения плазмы. Часто, помимо излучения электромагнитных волн в рентгеновском диапазоне, от поверхности звезды отрывается вещество солнечной короны и происходит корональный выброс массы. Зафиксировать, произошел выброс вещества или нет, можно с помощью коронографов, однако точно установить, почему в некоторых случаях они происходят, а в некоторых — нет, и что именно определяет их энергию, до сих пор до конца не понятно. Астрофизики связывают корональные выбросы с эволюцией магнитных полей во время столкновения нескольких солнечных пятен, но полностью магнитогидродинамика этого процесса все еще не изучена.

Чтобы разобраться, что препятствует возможному выбросу корональной массы даже во время самых мощных вспышек, группа французских астрофизиков под руководством Тахара Амари (Tahar Amari) из Политехнической школы изучила данные о вспышке, которая произошла на Солнце в октябре 2014 года. Мощная вспышка класса X произошла в результате взаимодействия группы солнечных пятен размером примерно с Юпитер (это максимальный размер группы пятен за последние два солнечных цикла), но при этом не сопровождалась выбросом вещества солнечной короны в космическое пространство. На основании данных коронографа Обсерватории солнечной динамики
NASA ученые провели магнитогидродинамическое моделирование системы солнечных пятен во время вспышки и изучили эволюцию магнитного поля в верхних слоях атмосферы Солнца.

Оказалось, что во время вспышки для магнитного поля возможно образование двух конфигураций: во-первых, линии магнитного поля скручиваются в «жгуты» (twisted flux rope), хорошо описанные для корональных выбросов, а во-вторых — образуют еще один тип структур, замкнутые структуры из магнитных линий, расположенные снаружи от этих жгутов и запирающие их в своеобразные магнитные клетки.

Ученые обнаружили, что именно образование магнитных клеток не дает произойти выбросу вещества из солнечной короны. Взаимодействие с перекрученным несколько раз вокруг своей оси магнитным жгутом приводит к возмущению естественного вращения группы солнечных пятен. Это происходит непосредственно перед вспышкой и определяет положение источника рентгеновского излучения и приводит вещество солнечной короны к отрыву от поверхности. Однако топология магнитного жгута очень сильно зависит от свойств внешней магнитной оболочки этой структуры: во-первых, он не может оторваться от поверхности звезды, а во-вторых, не может выйти за пределы магнитной клетки и фактически остается запертым внутри нее.

Произойдет в итоге корональный выброс массы или нет во многом определяется напряженностью именно внешнего магнитного поля. В своей работе астрофизики связали напряженность линий внешнего поля со структурой магнитного жгута и максимальную энергию возможного выброса. Оказалось, что взаимодействие магнитных полей приводит к развитию неустойчивости, и в результате магнитного пересоединения жгут может в итоге распасться на два и потерять значительную часть своей энергии.

Чем меньше напряженность магнитного поля, тем больше энергия солнечного извержения и выше вероятность выброса солнечного вещества с поверхности звезды. При этом свойства этой внешней магнитной структуры связаны не только со свойствами самих пятен, но во многом определяются окружающими участками на поверхности Солнца.

Авторы утверждают, что подробное исследование эволюции магнитного поля во время солнечных вспышек поможет в будущем более точно предсказывать их последствия, в том числе и для магнитного поля Земли, с помощью компьютерных вычислений.

Отметим, что в прошлом году американские астрофизики писали о гиперболических трубках тока, которые тоже препятствуют отрыву солнечного вещества от поверхности Солнца и не дают произойти солнечной вспышке.

Александр Дубов