Constraining the onset height of coronal mass ejection driven shocks using near-Sun observations in visible and radio wavelengths

Título: Restricción de la altura de inicio de choques impulsados por eyecciones de masa coronal (CME) utilizando observaciones cercanas al Sol en longitudes de onda visibles y de radio.

1. El Problema

Una cuestión debatida en la física solar es la distancia heliocéntrica ($r$) a la cual se forman las ondas de choque magnetohidrodinámicas (MHD) asociadas a las Eyecciones de Masa Coronal (CME) que generan estallidos de radio tipo II.

• Limitación actual: La mayoría de las observaciones rutinarias de CMEs en luz blanca (como las realizadas por el instrumento LASCO a bordo de SoHO) tienen un límite inferior de observación de aproximadamente $r \approx 2.2 R_\odot$ debido al tamaño del ocultador del coronógrafo.
• Consecuencia: Esto impide observar directamente el momento exacto en que una CME se vuelve super-Alfvénica (capaz de impulsar un choque) en la corona interna. Por lo tanto, la altura de inicio de los estallidos tipo II (que suelen ocurrir entre 200 y 50 MHz, correspondientes a $r \approx 1.2 - 2.0 R_\odot$) se infiere mediante extrapolaciones de gráficos de altura-tiempo, lo que introduce incertidumbre.

2. Metodología

Los autores presentan un estudio de caso combinando observaciones simultáneas de dos instrumentos clave:

• Observaciones Visibles (VELC/ADITYA-L1): Utilizaron el Coronógrafo de Línea de Emisión Visible (VELC) a bordo de la misión india ADITYA-L1.
  • Ventaja clave: El ocultador interno de VELC tiene un radio de $1.05 R_\odot$, permitiendo observar la corona tan cerca como $r \approx 1.13 R_\odot$.
  • Configuración: Observaciones en modo "sit and stare" el 27 de mayo de 2024, utilizando el canal de espectroscopía de la línea verde de 5303 Å. Se midió la intensidad de la emisión para rastrear la estructura de la CME.
• Observaciones de Radio (Gauribidanur): Se utilizaron los espectrógrafos solares de baja frecuencia GLOSS y el espectropolarímetro GRASP en el observatorio de Gauribidanur, India.
  • Objetivo: Detectar estallidos de radio tipo II (señales de choques) y determinar su frecuencia de inicio.
• Análisis de Datos:
  • Se correlacionó el tiempo de inicio de la emisión aumentada en 5303 Å (CME) con el tiempo de inicio del estallido tipo II.
  • Se aplicó el modelo de densidad electrónica de Newkirk (1961) para convertir las frecuencias de radio observadas en distancias heliocéntricas.
  • Se estimó la densidad de electrones ($N_e$) a partir del flujo de la línea espectral 5303 Å para verificar la consistencia con la densidad esperada en la región del choque.

3. Contribuciones Clave

• Primera detección directa cercana al Sol: Demostración de la capacidad de VELC para observar la fase de aceleración y el inicio de choques de CMEs a distancias mucho menores que las posibles con coronógrafos tradicionales (LASCO).
• Validación de modelos de densidad: Confirmación empírica de que el modelo de densidad de Newkirk (de dos veces la densidad) es adecuado para estimar la altura de los choques en regiones activas cercanas al limbo solar.
• Técnica de observación conjunta: Establecimiento de un marco metodológico para combinar datos espectroscópicos visibles de alta resolución espacial con espectroscopía de radio dinámica para localizar choques con precisión.

4. Resultados

El estudio analizó un evento ocurrido el 27 de mayo de 2024, asociado a una erupción de clase X2.9 y una CME "halo" (aunque con ancho angular inicial de ~60°).

• Observación de la CME (VELC): Se detectó un aumento significativo en la intensidad de la línea 5303 Å comenzando a las 07:04 UT. La posición angular y la evolución temporal indicaron que esta estructura correspondía al frente de la CME observada posteriormente por LASCO-C2.
  • Distancia de inicio: La emisión aumentada se originó a una distancia heliocéntrica promedio de $r \approx 1.18 R_\odot$.
• Observación de Radio (Gauribidanur): Se detectó un estallido de radio tipo II comenzando a las 07:04 UT (coincidente con la CME).
  • Frecuencia de inicio: El estallido comenzó cerca de 174 MHz.
  • Distancia del choque: Utilizando el modelo de Newkirk, una frecuencia de 174 MHz corresponde a una distancia de $r \approx 1.19 R_\odot$.
• Consistencia:
  • La separación entre el frente de la CME y el choque (distancia de parada del choque) se estimó en $\approx 0.01 R_\odot$, consistente con modelos teóricos para choques cercanos al Sol.
  • La densidad de electrones derivada de la línea 5303 Å ($\approx 2.2 \times 10^8 \text{ cm}^{-3}$) fue consistente con la densidad requerida para la frecuencia de plasma de 174 MHz ($\approx 3.7 \times 10^8 \text{ cm}^{-3}$).
  • La velocidad de la CME calculada entre la detección en VELC y LASCO-C2 fue de $\approx 1669 \text{ km s}^{-1}$, lo que sugiere una aceleración impulsiva temprana, típica de eventos cercanos al Sol.

5. Significado

• Localización precisa del choque: El estudio confirma que los choques impulsados por CMEs pueden formarse tan cerca como $r \approx 1.19 R_\odot$ (aproximadamente $0.19 R_\odot$ por encima del limbo solar).
• Aceleración de partículas: Comprender la altura exacta de formación del choque es crucial para modelar la aceleración de partículas energéticas solares (SEPs) y predecir los tiempos de llegada de eventos de aumento en el nivel del suelo (GLE).
• Avance tecnológico: Demuestra la superioridad de los coronógrafos con ocultadores internos pequeños (como VELC) sobre los sistemas tradicionales para estudiar la física de la corona interna y la dinámica de choques.
• Futuro: Sugiere que las observaciones conjuntas continuas entre ADITYA-L1/VELC y redes de radio (como GLOSS/GRASP) permitirán mapear la formación de choques incluso a alturas tan bajas como $0.05 R_\odot$, mejorando significativamente la capacidad de pronóstico del clima espacial.