Moving radio bursts associated with solar flares detected by XSM onboard Chandrayaan-2

Stellen Sie sich die Sonne nicht als einen statischen, leuchtenden Ball vor, sondern als einen rastlosen, magnetischen Riesen, der ständig Wutanfälle bekommt. Wenn ihre verhedderten Magnetfelder reißen und sich neu verbinden, entfesseln sie gewaltige Explosionen, die als Sonnenflares bezeichnet werden. Betrachten Sie diese Flares als die Version eines Feuerwerksknallens der Sonne, nur in einem Ausmaß, das Satelliten grillen und Funksignale auf der Erde stören kann. Während wir das „Aufblitzen“ dieser Explosionen in Röntgenstrahlen sehen können, schreit die Sonne auch in Radiowellen. Diese Radioausbrüche sind wie die Überschallknalle oder das Knistern der statischen Entladung, das unmittelbar nach dem Knall auftritt. Wissenschaftler wissen schon lange, dass diese Radiosignale Hinweise darauf geben, wie schnell Teilchen beschleunigt werden und wie Schockwellen durch die Atmosphäre der Sonne rollen. Das Verständnis des Zeitraums zwischen dem Blitz (dem Flare) und dem Knall (dem Radioausbruch) ist wie der Versuch herauszufinden, wie schnell eine Schockwelle nach einer Bombenexplosion reist; es hilft uns vorherzusagen, wann die Sonne uns einen gefährlichen Sturm schicken könnte.

Dieses Papier ist eine Detektivgeschichte, geschrieben von Abhishek Potdar und Anshu Kumari, die als kosmische Zeitmesser fungierten. Sie nutzten eine spezielle Röntgenkamera namens XSM, die an Bord der indischen Chandrayaan-2-Raumsonde flog, um Sonnenflares zu beobachten, während sie gleichzeitig mit bodengestützten Teleskopen die radioaktiven „Schreie“ belauschten. Ihr Ziel war es zu sehen, wie eng der Zeitpunkt der Radioausbrüche mit dem Zeitpunkt der Flares übereinstimmte. Sie konzentrierten sich auf zwei spezifische Arten von Radioausbrüchen: „Typ II“ und „Typ IVm“. Man kann Typ-II-Ausbrüche als die Schockwellen betrachten, die sich durch die Sonnenatmosphäre bewegen, und Typ-IVm-Ausbrüche als das nachwirkende Leuchten gefangener Energie. Durch die Untersuchung von 36 spezifischen Ereignissen zwischen Ende 2019 und Ende 2022 entdeckten sie eine sehr enge Beziehung zwischen den Flares und den Ausbrüchen, jedoch mit einigen faszinierenden Wendungen, je nachdem, wie groß die Explosion war.

Die Forscher fanden heraus, dass die Radioausbrüche und die Flares in Bezug auf das Timing beste Freunde sind. Wenn sie die Startzeiten der Radioausbrüche gegen die Startzeiten der Flares auftrugen, war die Verbindung unglaublich stark, mit einem Korrelationswert von etwa 0,99. Dies ist fast eine perfekte Übereinstimmung, was darauf hindeutet, dass immer wenn ein Flare beginnt, ein Radioausbruch fast garantiert kurz darauf folgt. Die Geschwindigkeit, mit der der Radioausbruch nach dem Flare einsetzt, hängt jedoch stark von der Größe des Flares ab.

Hier wird die Geschichte interessant. Wenn die Sonne einen kleinen, schwachen Wutanfall erleidet (einen „B-Klasse“-Flare), lässt sich die radioaktive Schockwelle (Typ II) Zeit und taucht etwa 27,6 Minuten später auf. Es ist wie ein Langsamer, der lange zu einer Party wandert. Aber wenn die Sonne einen massiven, energiereichen Wutanfall erleidet (einen „C-Klasse“- oder „M-Klasse“-Flare), kommt der Radioausbruch viel schneller an, nämlich bereits nach etwa 5 bis 6 Minuten. Dies deutet darauf hin, dass größere, energetischere Flares Schockwellen erzeugen, die sich fast augenblicklich bilden und nach außen rasen.

Die Geschichte wird noch seltsamer, wenn man betrachtet, wann die Radioausbrüche aufhören. Bei den Typ-II-Ausbrüchen endeten sie tatsächlich, bevor der Röntgenflare vollständig verblasste. Je größer der Flare war, desto früher endete der Radioausbruch. Bei den stärksten „M-Klasse“-Flares endete der Radioausbruch sogar volle 26,8 Minuten bevor der Flare selbst abgeschlossen war. Es ist, als ob die Schockwelle ihre Arbeit erledigt hat und verschwindet, während der Flare noch langsam ausklingt. Dies impliziert, dass die energiereichsten Flares Schockwellen erzeugen, die so kraftvoll und schnell sind, dass sie ihre Arbeit verrichten und schnell verschwinden, vielleicht weil sich die Umgebung, durch die sie reisen, während der Bewegung von der Sonne weg verändert.

Die Typ-IVm-Ausbrüche, die eher wie das nachwirkende Leuchten gefangener Energie sind, verhielten sich etwas anders. Sie begannen etwa 14,4 Minuten nach dem Flare, unabhängig davon, ob es sich um einen mittleren „C-Klasse“- oder einen starken „M-Klasse“-Flare handelte. Dies deutet darauf hin, dass der Prozess des Einfangens von Elektronen, um dieses Leuchten zu erzeugen, eine konsistente Zeitspanne benötigt. Sob aber sie einmal begonnen hatten, hielten die stärkeren Flares dieses Leuchten viel länger aufrecht. Die „M-Klasse“-Flares hielten das Radiosignal etwa 68,8 Minuten nach Beginn des Flares am Leben, während die „C-Klasse“-Flares nur etwa 31,2 Minuten anhielten. Dies zeigt uns, dass größere Flares bessere „Behälter“ sind, um die energetischen Elektronen für eine längere Zeit festzuhalten.

Schließlich untersuchten die Autoren, wie lange es dauerte, bis die Flares ihre maximale Helligkeit erreichten. Sie fanden heraus, dass die meisten Flares innerhalb von 20 Minuten nach ihrem Beginn ihren Höhepunkt erreichten. Dies ist eine entscheidende Erkenntnis für die Vorhersage. Es legt nahe, dass wir, wenn wir sehen, dass ein Sonnenflare beginnt, ein Fenster von etwa 20 Minuten haben, um vorherzusagen, ob ihm ein bedeutendes eruptives Ereignis, wie etwa eine koronale Massenauswurfs-Eruption (eine riesige Wolke aus Sonnenplasma), folgen wird. Das Papier schließt damit ab, dass zwar die Energie des Flares wichtig ist, das Timing jedoch nicht nur von der Kraft abhängt; es wird auch durch das lokale magnetische Umfeld und die Bedingungen des Plasmas um die Sonne herum beeinflusst. Wir können die Stimmungsschwankungen der Sonne zwar nicht perfekt vorhersagen, aber wir haben nun ein besseres Stoppwort, um zu messen, wie schnell sich ihre Wutanfälle entfalten.