Solar Cycle Variation of Sustained Gamma Ray Emission from the Sun

Dit onderzoek concludeert dat zonne-cyclus 25 sterker is dan cyclus 24, gebaseerd op schattingen van het aantal aanhoudende gammastraaluitbarstingen die, ondanks technische storingen, consistent hoger liggen dan in de vorige cyclus.

De kern

De Zonnetekst: Waarom de zon in 2025 "stil" leek, maar eigenlijk harder werkte dan ooit

Stel je de zon voor als een enorme, woelige vuurwerkfabriek. Soms gooit deze fabriek grote raketten de lucht in (zonnestormen) en soms ontploft er een klein vuurpijlletje (een zonnevlam). Wetenschappers kijken al decennia naar deze vuurwerkshow om te voorspellen hoe gevaarlijk het weer in de ruimte is voor onze satellieten en stroomnetten.

Deze studie, geschreven door een team van NASA en andere instituten, kijkt naar twee specifieke periodes: Zonne-cyclus 24 (een periode van relatief weinig activiteit) en Zonne-cyclus 25 (de huidige, sterkere periode).

Hier is wat ze hebben ontdekt, vertaald in simpele taal:

1. Het mysterie van de "verdwijnende" signalen

In de periode van cyclus 25 hadden de wetenschappers een raadsel. Ze zagen veel meer grote raketten (zonnestormen) en meer vuurwerk dan in de vorige cyclus. Logisch zou je denken: "Als er meer vuurwerk is, moeten er ook meer van die speciale, langdurige gammastralingssignalen (SGRE) zijn."

Maar toen keken ze naar hun teller, en die stond op een lager aantal dan in de vorige cyclus. Dat leek raar. Was de zon ineens minder actief?

Het antwoord: De teller was kapot.
De satelliet die deze signalen moet zien (de Fermi-satelliet) had een mechanisch probleem. Een zonnepaneel kon niet meer goed draaien. Om het paneel toch licht te laten opvangen, moest de satelliet een rare houding aannemen. Hierdoor kon de satelliet de zon maar een deel van de tijd zien. Het was alsof je probeert een vuurwerkshow te filmen, maar je camera maar één keer per uur een seconde openhoudt. Veel vuurwerk ging je dus gewoon mis.

2. De detective-werk: Hoe tellen we wat je niet ziet?

Omdat de satelliet veel tijd miste, moesten de onderzoekers op zoek naar andere aanwijzingen. Ze dachten: "Als er een grote ontploffing is, moet er ook een hard geluid zijn."

In de ruimte is dat "geluid" hard röntgenstraling (HXR).

• De analogie: Stel je voor dat een zonnestorm een auto is die met 200 km/u rijdt. De gammastraling is de sirene die je hoort. Maar als je de sirene niet kunt horen (omdat je camera kapot is), kun je kijken of de auto wel een tremor veroorzaakt (de röntgenstraling). Als je die tremor voelt én je ziet ook een dunne rookpluim (een radio-uitbarsting), dan weet je zeker dat er een auto voorbij is gereden, zelfs als je de sirene niet hebt gehoord.

De onderzoekers keken naar twee dingen tijdens de tijd dat de satelliet "sliep":

1. Hard röntgenstraling: Moet lang duren (minstens 5 minuten) om te bewijzen dat er echte energie vrijkwam.
2. Radio-uitbarstingen: Een soort "piep" die aangeeft dat er een schokgolf door de zonnewind gaat.

3. De ontdekking

Toen ze deze "tremors" en "rookpluimen" zochten in de tijd dat de satelliet niets zag, vonden ze 27 extra gebeurtenissen die ze eerder gemist hadden.

Als je deze 27 toevoegt aan de 16 die ze wél hadden gezien, kom je uit op 43 gebeurtenissen in cyclus 25.
Vergeleken met de 27 gebeurtenissen in de zwakkere cyclus 24, betekent dit: De zon is in cyclus 25 echt sterker en actiever dan in de vorige cyclus. De schijnbare daling was dus alleen een meetfout door de kapotte camera.

4. Waarom is dit belangrijk?

De zon werkt als een enorme motor. Als deze harder draait (zoals nu in cyclus 25), kunnen er meer gevaarlijke stormen komen die onze technologie kunnen verstoren.

• Vroeger (Cyclus 24): De zon was een beetje lui. Er waren minder grote stormen.
• Nu (Cyclus 25): De zon is wakker en energiek. Er zijn meer snelle raketten, meer radio-uitbarstingen en meer zware stormen.

Samenvatting in één zin

De zon was in de huidige cyclus eigenlijk veel actiever dan de teller liet zien, maar omdat onze "camera" (de satelliet) een tijdje halfdicht zat, moesten de wetenschappers slimme detective-trucs gebruiken om te bewijzen dat de zonnetekst nu sterker is dan ooit tevoren.

De les: Soms lijkt iets stil omdat je niet goed kijkt, maar als je naar de juiste aanwijzingen zoekt, zie je dat het eigenlijk heel druk is.

Technische samenvatting

Hier is een gedetailleerde technische samenvatting van het artikel "Solar Cycle Variation of Sustained Gamma Ray Emission from the Sun" in het Nederlands.

Titel: Zonne-cyclusvariatie van aanhoudende gammastralingsemissie van de Zon

Auteurs: Nat Gopalswamy et al. (NASA Goddard Space Flight Center, Catholic University of America, etc.)
Doel: Het analyseren van de frequentie van aanhoudende gammastralingsemissie (SGRE) tijdens zonnecyclus 24 en 25, en het corrigeren van waarnemingsgaten in cyclus 25 om de relatieve sterkte van de cycli te bepalen.

---

1. Het Probleem

De auteurs onderzochten het voorkomen van SGRE-evenementen (emissie die langer duurt dan de impulsieve fase van een zonnevlam) met data van de Large Area Telescope (LAT) aan boord van de Fermi-satelliet sinds 2008.

• De Observatie: In de eerste 61 maanden van zonnecyclus 25 (SC 25) werden slechts 16 SGRE-evenementen waargenomen, terwijl er in het zwakkere SC 24 over een vergelijkbare periode 27 evenementen waren.
• De Contradictie: Dit lijkt in strijd met andere indicatoren. De gemiddelde zonnevlekkengetallen (SSN) in SC 25 waren 39% hoger dan in SC 24. Ook het aantal snelle en brede (FW) coronale massa-ejecties (CME's) en decameter-hectometrische (DH) type II radio-uitbarstingen nam significant toe (met respectievelijk 29% en 33% na normalisatie voor SSN).
• De Oorzaak van de Schijnbare Daling: De daling in waargenomen SGRE's wordt toegeschreven aan een mechanisch defect aan de zonnepaneel-aandrijfas (SADA) van de Fermi-satelliet sinds maart 2018. Hierdoor kon de zonne-energie niet continu worden opgevangen, wat leidde tot grote waarnemingsgaten (data gaps) in de LAT-data. De zon werd naar de rand van het gezichtsveld (FOV) gedraaid, waardoor de blootstellingstijd met ongeveer een derde afnam.

2. Methodologie

Om het werkelijke aantal SGRE-evenementen in SC 25 te schatten en de invloed van de data-gaten te corrigeren, gebruikten de auteurs drie onafhankelijke methoden, gebaseerd op de sterke fysieke koppeling tussen SGRE, CME's en harde röntgenstraling (HXR):

1. Correlatie met Zonneactiviteit en CME's:

   • Berekening van het verwachte aantal SGRE's op basis van de toename van het SSN (39% stijging).
   • Aanpassing van deze schatting op basis van de overabundantie van FW CME's (+29%) en DH type II bursts (+33%) in SC 25 ten opzichte van SC 24.
   • Toepassing van de associatiepercentages uit SC 24: 18% van de FW CME's en 27% van de DH type II bursts waren gekoppeld aan SGRE.

2. Gebruik van HXR als Proxy (De "Share et al." Criterium):

   • De auteurs baseerden zich op eerdere bevindingen (Share et al., 2018) dat SGRE-evenementen bijna altijd geassocieerd zijn met impulsieve HXR-bursts (>100 keV) met een duur van > ~5 minuten.
   • Ze identificeerden alle DH type II bursts die plaatsvonden tijdens de LAT-data-gaten in SC 25 (totaal 79).
   • Voor deze 79 bursts werd gekeken of er een geassocieerde >100 keV HXR-burst was, waargenomen door de Fermi/GBM (Gamma-ray Burst Monitor) of Konus-Wind, die continu waarnemen.
   • Alleen DH type II bursts met een bijbehorende langdurige (> ~5 min) HXR-burst werden beschouwd als indicatoren voor een onwaargenomen SGRE-evenement.

3. Statistische Vergelijking:

   • Vergelijking van de duur en piekintensiteit van HXR-bursts in SC 24, SC 25 (waargenomen SGRE's) en de LAT-gaten (DH type II bursts) met behulp van Kolmogorov-Smirnov (KS) tests om te verifiëren of ze uit dezelfde populatie komen.

3. Belangrijkste Bijdragen en Resultaten

• Bevestiging van de HXR-SGRE Koppeling: De studie bevestigt dat SGRE-evenementen in zowel SC 24 als 25 geassocieerd zijn met HXR-bursts (>100 keV) met een duur van minimaal ~5 minuten. Kortdurende bursts (<2 min) zijn zelden gekoppeld aan SGRE.
• Identificatie van Verborgen SGRE's: Uit de 79 DH type II bursts die tijdens LAT-gaten plaatsvonden, hadden er 27 een bijbehorende langdurige >100 keV HXR-burst. De auteurs concluderen dat deze 27 evenementen waarschijnlijk SGRE's waren die door de LAT-gaten gemist werden.
• Geschatte Aantal SGRE's in SC 25:
  • Methode 1 (HXR-proxy): 16 waargenomen + 27 afgeleid = 43 SGRE-evenementen.
  • Methode 2 (SSN & CME-schaal): Gebaseerd op de toename van SSN en FW CME's: 48 evenementen.
  • Methode 3 (Associatiepercentages): Gebaseerd op het percentage van DH type II bursts dat SGRE's produceert: 49-50 evenementen.
  • Gemiddelde Schatting: De drie methoden leveren vergelijkbare resultaten op, met een geschat totaal van ongeveer 46 SGRE-evenementen voor SC 25.
• Sterkte van Zonnecyclus 25: De geschatte toename van SGRE's (van ~27 naar ~46) is consistent met de toename van andere energierijke fenomenen zoals halo-CME's, GLE's (Ground Level Enhancements) en intense geomagnetische stormen. Dit bevestigt dat SC 25 sterker is dan SC 24, ondanks de lagere waargenomen SGRE-aantallen door instrumentele beperkingen.
• Fysische Inzichten:
  • Er is een sterke fysieke link tussen FW CME's en DH type II bursts (het ratio blijft stabiel tussen de cycli).
  • SGRE's zijn een betere indicator voor de sterkte van zonne-uitbarstingen dan SEP's (Solar Energetic Particles), omdat SGRE's niet afhankelijk zijn van magnetische connectiviteit met de waarnemer, terwijl SEP's dat wel zijn.

4. Betekenis en Conclusie

De studie is van cruciaal belang voor het begrijpen van de lange termijn variabiliteit van zonne-activiteit en ruimteweer.

• Correctie van Bias: Het artikel demonstreert hoe men waarnemingsbias door instrumentele storingen kan corrigeren door gebruik te maken van complementaire data (GBM, Konus, radio-uitbarstingen).
• Bevestiging van SC 25: De resultaten weerleggen de hypothese dat SC 25 zwakker zou zijn; integendeel, het is een sterkere cyclus dan SC 24. De schijnbare daling in SGRE's was puur een artefact van de Fermi-SADA-storing.
• Voorspellende Waarde: De sterke correlatie tussen langdurige >100 keV HXR-bursts en SGRE biedt een nieuwe methode om het potentieel voor gevaarlijke stralingsevenementen te beoordelen, zelfs wanneer gammastralingstelsels niet actief waarnemen.

Conclusie: Zonnecyclus 25 is sterker dan cyclus 24. Het werkelijke aantal SGRE-evenementen in SC 25 is waarschijnlijk ongeveer 43 tot 50, wat aanzienlijk hoger is dan de 16 die direct door de LAT werden waargenomen. Deze herziene telling is volledig consistent met de toename in andere energierijke zonneverschijnselen.