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

태양을 정적인 빛나는 공이 아니라, 끊임없이 발작을 일으키는 불안정한 자기적 거인이라고 상상해 보십시오. 엉킨 자기장이 끊어지고 다시 연결될 때, 태양은 태양 플레어라고 불리는 거대한 폭발을 일으킵니다. 이 플레어를 태양 버전의 폭죽이 터지는 것으로 생각할 수 있지만, 그 규모는 위성을 고장 내거나 지구의 라디오 신호를 교란할 수 있을 정도입니다. 우리는 X선으로 이러한 폭발의 "섬광"을 볼 수 있지만, 태양은 전파에서도 비명을 지릅니다. 이 전파 버스트는 폭죽이 터진 직후에 발생하는 소닉 붐이나 지지직거리는 정전기 소리와 같습니다. 과학자들은 오래전부터 이 전파 신호가 입자가 얼마나 빨리 가속되는지, 그리고 태양 대기를 통해 충격파가 어떻게 물결치며 퍼져나가는지를 알려주는 단서라는 것을 알고 있었습니다. 플레어(섬광)와 전파 버스트(비명) 사이의 타이밍을 이해하는 것은 폭탄이 터진 직후 충격파가 얼마나 빨리 이동하는지를 알아내는 것과 같습니다. 이는 태양이 언제 우리에게 위험한 폭풍을 보낼지 예측하는 데 도움이 됩니다.

이 논문은 아비셰크 포타르(Abhishek Potdar)와 안슈 쿠마리(Anshu Kumari)가 쓴 탐정 이야기로, 그들은 우주의 시간 기록자 역할을 했습니다. 그들은 인도의 찬드라얀-2(Chandrayaan-2) 우주선에 탑재된 XSM이라는 특별한 X선 카메라를 사용하여 태양 플레어를 관찰하는 동시에, 지상 망원경으로부터 들려오는 전파의 "비명"을 경청했습니다. 그들의 목표는 전파 버스트의 타이밍이 플레어의 타이밍과 얼마나 밀접하게 일치하는지 확인하는 것이었습니다. 그들은 두 가지 특정 유형의 전파 버스트, 즉 "Type II"와 "Type IVm"에 집중했습니다. Type II 버스트는 태양 대기를 통과하는 충격파로, Type IVm 버스트는 갇힌 에너지의 잔류하는 빛으로 생각할 수 있습니다. 2019년 후반부터 2022년 후반 사이의 36가지 특정 사건을 조사한 결과, 그들은 플레어와 버스트 사이에 매우 긴밀한 관계를 발견했지만, 폭발의 크기에 따라 몇 가지 흥미로운 반전이 있다는 것도 발견했습니다.

연구진은 전파 버스트와 플레어가 타이밍 측면에서 최고의 단짝이라는 것을 발견했습니다. 전파 버스트의 시작 시간과 플레어의 시작 시간을 도표로 나타냈을 때, 그 연결 고리는 상관 계수가 약 0.99에 달할 정도로 믿기 힘들 만큼 강력했습니다. 이는 거의 완벽한 일치이며, 플레어가 시작되면 전파 버스트가 거의 확실히 빠르게 뒤따른다는 것을 시사합니다. 그러나 전파 버스트가 시작되는 속도는 플레어의 크기에 따라 크게 달라졌습니다.

여기서 이야기는 흥미로워집니다. 태양이 작은 약한 발작(B 클래스 플레어)을 일으킬 때, 전파 충격파(Type II)는 천천히 나타나 약 27.6분 후에 등장합니다. 이는 마치 파티에 늦게 도착하는 느림보와 같습니다. 하지만 태양이 거대하고 에너지 넘치는 발작(C 클래스 또는 M 클래스 플레어)을 일으킬 때, 전파 버스트는 훨씬 더 빨리 도착하여 약 5~6분 만에 나타납니다. 이는 더 크고 에너지가 넘치는 플레어가 거의 즉각적으로 형성되어 외부로 질주하는 충격파를 만들어낸다는 것을 시사합니다.

이야기는 전파 버스트가 언제 멈추는지를 살펴볼 때 더욱 기묘해집니다. Type II 버스트의 경우, X선 플레어가 서서히 사라지기 전에 실제로 종료되었습니다. 플레어가 클수록 전파 버스트는 더 일찍 끝났습니다. 가장 강력한 "M 클래스" 플레어의 경우, 전파 버스트는 플레어가 끝나기 26.8분 전에 이미 종료되었습니다. 이는 마치 충격파가 자신의 임무를 완수하고 사라지면, 플레어는 스스로 서서히 꺼지도록 남겨두는 것과 같습니다. 이는 가장 강력한 플레어가 너무 강력하고 빨라서, 아마도 그들이 이동하는 환경이 태양에서 멀어짐에 따라 변화하기 때문에 임무를 수행하고 빠르게 사라진다는 것을 암시합니다.

갇힌 에너지의 잔류하는 빛과 같은 Type IVm 버스트는 조금 다르게 행동했습니다. 이들은 플레어가 중간 정도인 "C 클래스"이든 강한 "M 클래스"이든 상관없이 약 14.4분 후에 시작되었습니다. 이는 전파를 만드는 이 빛을 위해 전자를 가두는 과정이 일정한 시간을 소요한다는 것을 시사합니다. 그러나 일단 시작되면, 더 강한 플레어일수록 이 빛을 훨씬 더 오래 유지했습니다. "M 클래스" 플레어는 플레어가 시작된 후 약 68.8분 동안 전파 신호를 유지한 반면, "C 클래스" 플레어는 31.2분 동안만 유지했습니다. 이는 더 큰 플레어가 에너지가 넘치는 전자들을 더 오랫동안 붙잡아 둘 수 있는 더 좋은 "용기"를 만든다는 것을 말해줍니다.

마지막으로, 저자들은 플레어가 최고 밝기에 도달하는 데 걸리는 시간을 살펴보았습니다. 그들은 대부분의 플레어가 시작된 후 20분 이내에 정점에 도달한다는 것을 발견했습니다. 이는 예측에 있어 매우 중요한 발견입니다. 이는 태양 플레어가 시작되는 것을 본다면, 코로나 질량 방출(거대한 태양 플라스마 구름)과 같은 주요 분출 사건이 뒤따를지 예측할 수 있는 약 20분의 창을 갖게 된다는 것을 의미합니다. 논문은 플레어의 에너지가 중요하지만, 타이밍은 단순히 힘에 관한 것이 아니라 태양 주변의 국소적인 자기 환경과 플라스마 조건의 영향도 받는다고 결론지었습니다. 따라서 우리가 태양의 기분 변화를 완벽하게 예측할 수는 없지만, 이제 우리는 태양의 발작이 얼마나 빨리 전개되는지 측정할 수 있는 더 나은 스톱워치를 갖게 되었습니다.