Origin of Coronal Extreme Ultraviolet Shockwaves without a Coronal Mass Ejection Event

Resumen Técnico: Origen de Ondas de Choque Extremo Ultravioleta en la Corona sin un Evento de Eyección de Masa Coronal

Planteamiento del Problema
El mecanismo de generación de Frentes de Propagación Coronal a Gran Escala (LCPF), a menudo observados como ondas de choque en el Extremo Ultravioleta (EUV), sigue siendo objeto de investigación, particularmente cuando estos eventos ocurren sin una Eyección de Masa Coronal (CME) asociada. Si bien se sabe que las CMEs generan ondas de choque mediante estructuras magnéticas en expansión, teorías alternativas sugieren que partículas aceleradas por fulguraciones que depositan energía en la fotosfera y la atmósfera inferior podrían excitar frentes de onda similares, potencialmente co-excitando sismos solares. Una hipótesis principal postula que mecanismos impulsados por partículas (haces de electrones o protones) generan estas ondas coronales "independientes". Sin embargo, distinguir las características físicas de las ondas impulsadas por partículas de las impulsadas por CMEs es un desafío. Este estudio busca investigar la evidencia observacional del mecanismo impulsado por partículas comparando estadísticamente la cinemática y la energetización de las ondas coronales asociadas con CMEs contra aquellas que ocurren de forma aislada (sin CMEs).

Metodología
Los autores emplearon un enfoque observacional multiinstrumental, cruzando tres catálogos principales:

1. Ondas Coronales: El catálogo de LCPF de Nitta et al. (2013), que contiene ~700 eventos observados por el Assembly de Imágenes Atmosféricas (AIA) en el Observatorio de Dinámica Solar (SDO) desde 2010 hasta 2022. Específicamente, se analizaron 171 eventos con estimaciones de velocidad de 2010 a 2013.
2. CMEs: El catálogo de CMEs de SOHO/LASCO, verificado manualmente para determinar la presencia o ausencia de una CME asociada a cada evento de onda coronal.
3. Sismos Solares: El catálogo de sismos solares del Ciclo Solar 24 (Sharykin y Kosovichev, 2020), que contiene 114 eventos identificados mediante Dopplergramas de HMI y holografía heliosísmica.

Análisis de Datos y Métodos Computacionales:

• Inspección Visual: Los autores inspeccionaron manualmente películas de diferencia corrida en 171 Å y 193 Å del AIA junto con datos de coronógrafo LASCO para reetiquetar los eventos como "asociados a CME", "aislados" (sin CME) o "inconclusos".
• Análisis Cinemático: Las velocidades de las ondas coronales se compararon entre las poblaciones con y sin CME utilizando ajustes de distribución log-normal.
• Caracterización de Rayos X: Se analizaron datos de Rayos X Blandos (SXR) de GOES (canales de 1–8 Å y 0.5–4 Å) para las fulguraciones asociadas a estos eventos. Las métricas clave incluyeron:
  • Duración de la fase impulsiva.
  • Tiempo característico de liberación de energía (derivado de la derivada temporal del logaritmo natural del flujo SXR).
  • Flujo SXR máximo y su derivada temporal.
  • Energía total radiada de la fulguración.
• Derivación Termodinámica: Utilizando el paquete sunpy y la metodología de Thomas, Starr y Crannell (1985), los autores derivaron temperaturas de fulguración y medidas de emisión volumétricas (EM) a partir de las razones de flujo de GOES. Los cálculos se realizaron utilizando tanto suposiciones de abundancia fotosférica como coronal para tener en cuenta los efectos del Primer Potencial de Ionización (FIP).

Resultados Clave

1. Velocidades de Propagación de Ondas: Las ondas coronales sin una CME acompañante ("aisladas") se propagan significativamente más lento (velocidad mediana ~504 km/s) que aquellas con una CME (velocidad mediana ~699 km/s). La población aislada se concentra entre 300–700 km/s, mientras que las ondas asociadas a CMEs exhiben una distribución mucho más amplia sesgada hacia velocidades más altas. Solo existe una correlación débil entre la velocidad de la onda y la masa o velocidad de la CME.
2. Impulsividad de la Fulguración vs. Energía:
   • Impulsividad: Las fulguraciones de ondas coronales aisladas son más impulsivas (duración de fase impulsiva más corta y tiempos característicos de liberación de energía más rápidos) que las fulguraciones asociadas a CMEs. Liberan energía más rápidamente pero durante una duración total más corta.
   • Energía Total: A pesar de ser más impulsivas, las fulguraciones aisladas liberan significativamente menos energía total. Las fulguraciones asociadas a CMEs exhiben clases GOES que van desde C alto hasta X, con energías medianas órdenes de magnitud mayores que los eventos aislados.
3. Propiedades Termodinámicas:
   • Medida de Emisión: Las fulguraciones asociadas a CMEs poseen medidas de emisión volumétricas significativamente mayores (mediana ~69.2 × 10⁴⁸ cm⁻³ usando abundancias coronales) en comparación con las fulguraciones aisladas (mediana ~6.69 × 10⁴⁸ cm⁻³). Esto indica un volumen sustancialmente mayor de plasma caliente y denso en los eventos de CME.
   • Temperatura: Las fulguraciones asociadas a CMEs son generalmente más calientes (mediana 14.9 MK) que las fulguraciones aisladas (12.5 MK).
4. Comparación con Sismos Solares: Las fulguraciones de ondas coronales aisladas difieren de las fulguraciones asociadas a sismos solares. Mientras que las fulguraciones de sismos solares son altamente impulsivas y energéticas, las fulguraciones de ondas coronales aisladas son menos energéticas y menos impulsivas que los eventos de sismos solares, aunque comparten la característica de liberación rápida de energía en comparación con fulguraciones sin actividad sísmica o de ondas coronales.

Significado y Conclusiones
El artículo concluye que la generación de ondas coronales sin una CME es físicamente distinta del modelo de choque impulsado por CME. El diferenciador principal es la medida de emisión volumétrica; los eventos aislados exhiben valores de EM significativamente más bajos, lo que sugiere un mecanismo de liberación de energía diferente que no implica la eyección de grandes volúmenes de plasma denso.

Si bien el estudio no prueba definitivamente el mecanismo impulsado por partículas para todos los eventos aislados, los datos respaldan la conclusión de que estos eventos son impulsados por un proceso distinto a los escenarios de CME. Los autores señalan que las fulguraciones aisladas son más impulsivas que las fulguraciones no sísmicas/no de ondas, pero menos energéticas que los eventos impulsados por CMEs. Esta distinción sugiere que, si bien los haces de partículas pueden impulsar algunas ondas aisladas, la población específica de fulguraciones "independientes" analizada aquí difiere de las fulguraciones altamente impulsivas y energéticas típicamente asociadas con sismos solares.

Los autores enfatizan que estos hallazgos contribuyen a una mejor caracterización de las fulguraciones solares y a la separación de los choques impulsados por CME de las perturbaciones impulsadas por partículas o confinadas por fulguraciones. Sugieren que futuros estudios multi-espectrales, particularmente en imágenes de radio para detectar ráfagas de Tipo III asociadas con haces de electrones, son necesarios para elucidar aún más los mecanismos de aceleración específicos y las estructuras de campo magnético involucrados en estos eventos aislados. El trabajo tiene como objetivo ayudar a la unificación de la sismología coronal con la heliosismología aclarando las condiciones bajo las cuales las partículas aceleradas por fulguraciones generan perturbaciones atmosféricas.