Астрономы определили природу темных плазменных пальцев на Солнце

Астрономы при помощи трехмерного моделирования определили происхождение надаркадных нисходящих потоков на Солнце, которые представляют собой темные пальцеобразные структуры, наблюдаемые во время солнечных вспышек. Они оказались самоорганизованными структурами, формирующимися за счет неустойчивостей Рэлея — Тейлора и Рихтмайера — Мешкова, действующими в турбулентной области над группами корональных петель. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Надаркадные нисходящие потоки (supra-arcade downflows, SAD) впервые наблюдались на Солнце в 1999 году космическим аппаратом Yohkoh. Они представляют собой темные, похожие на пальцы, потоки плазмы, которые возникают во время эруптивных вспышек, располагаются над группами корональных петель (аркады) и движутся к Солнцу. Считается, что они связаны с магнитным пересоединением, однако часто движутся со скоростями намного меньшими, чем предсказывается теориями. Их пытались объяснить моделями, содержащими пульсирующую струю, неустойчивости типа Рэлея — Тейлора или замедление за счет аэродинамического сопротивления, однако к полному согласию теории с данными наблюдений ученым прийти не удалось.

Астрономы во главе с Чэнцай Шэнем (Chengcai Shen) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики сообщили, что им удалось объяснить природу структур типа SAD. Ученые построили трехмерную магнитогидродинамическую модель солнечной вспышки, вызванной магнитным пересоединением, а затем сравнили результаты моделирования с данными наблюдений инструмента AIA (Atmospheric Imaging Assembly), установленного на борту солнечного зонда SDO.

Исследователи определили, что SAD не расположены в токовом слое пересоединения, характеризующимся высокой плотностью тока и пологим профилем интенсивности излучения, а находятся в турбулентной области над аркадой, характеризующейся слабой и сильно неоднородной плотностью тока, а также резко уменьшающимся профилем интенсивности излучения. В ней быстрые нисходящие оттоки пересоединения сталкиваются с замкнутыми корональными петлями. Такая область аналогична высокотурбулентному региону, зажатому между прямой и обратной ударными волнами в остатках сверхновых, где тоже наблюдаются пальцеобразные структуры.

Ученые пришли к выводу, что SAD связаны с оттоками пересоединения, но не являются ими. Вместо этого они представляют собой самоорганизованные структуры, формирующиеся за счет неустойчивостей Рэлея — Тейлора и Рихтмайера — Мешкова, которые обычно возникают на границе раздела двух веществ с различной плотностью из-за завихрений, создаваемых силой тяжести или ударами. Плотность плазмы в пальцеобразных структурах меньше, чем в окружающей среде, поэтому они кажутся темными.

Моделирование также показывает, что некоторые наблюдаемые истечения плазмы над аркадами, включая SAD, имеют скорости существенно меньше альвеновской скорости, из-за чего может возникнуть ситуация завышения скорости пересоединения (отношение скорости плазмы, движущейся к токовому слою пересоединения,  к локальной альвеновской скорости). Кроме того, турбулентные течения и быстрые и медленные ударные волны в области над аркадами могут приводить к сжатию и нагреву плазмы, а сложная магнитная конфигурация и турбулентная плазма могут способствовать эффективному ускорению частиц и мелкомасштабному магнитному пересоединению. Подобные явления необходимо учитывать при интерпретации данных наблюдений космических аппаратов. 

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы смогли разрешить парадокс солнечного натрия, который существовал более 20 лет.

Александр Войтюк