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

Stel je de zon niet voor als een statische, gloeiende bal, maar als een rusteloze, magnetische reus die constant driftbuien heeft. Wanneer haar verstrengelde magnetische velden knappen en opnieuw verbinden, ontketen ze enorme explosies die zonnevlammen worden genoemd. Denk aan deze vlammen als de versie van de zon van een vuurwerkpijltje dat knalt, maar op een schaal die satellieten kan frituren en radiosignalen op aarde kan verstoren. Hoewel we de "flits" van deze explosies in röntgenstraling kunnen zien, schreeuwt de zon ook in radiogolven. Deze radiobursts zijn als de sonische knallen of de krakende statische elektriciteit die vlak na de knal plaatsvindt. Wetenschappers weten al lang dat deze radiosignalen aanwijzingen geven over hoe snel deeltjes worden versneld en hoe schokgolven door de atmosfeer van de zon rimpelen. Het begrijpen van de timing tussen de flits (de flare) en de knal (de radioburst) is als proberen uit te zoeken hoe snel een schokgolf precies reist nadat een bom is afgegaan; het helpt ons te voorspellen wanneer de zon een gevaarlijke storm naar ons toe kan sturen.

Dit artikel is een detectiveverhaal geschreven door Abhishek Potdar en Anshu Kumari, die optraden als kosmische tijdwaarnemers. Ze gebruikten een speciale röntgencamera genaamd de XSM, die meereist op de Indiase Chandrayaan-2-ruimtevaartuig, om zonnevlammen te observeren, terwijl ze tegelijkertijd luisterden naar de radio-"schreeuwen" van grondgebonden telescopen. Hun doel was om te zien hoe nauw de timing van de radiobursts overeenkwam met de timing van de vlammen. Ze concentreerden zich op twee specifieke soorten radiobursts: "Type II" en "Type IVm". Je kunt Type II bursts zien als de schokgolven die door de zonneatmosfeer bewegen, en Type IVm bursts als de nagloeiende gloed van gevangen energie. Door naar 36 specifieke gebeurtenissen tussen eind 2019 en eind 2022 te kijken, ontdekten ze een zeer nauwe relatie tussen de vlammen en de bursts, maar met enkele fascinerende wendingen afhankelijk van hoe groot de explosie was.

De onderzoekers ontdekten dat de radiobursts en de vlammen beste vrienden zijn wat betreft timing. Wanneer ze de starttijden van de radiobursts uitzetten tegen de starttijden van de vlammen, was de verbinding ongelooflijk sterk, met een correlatiescore van ongeveer 0,99. Dit is bijna een perfecte match, wat suggereert dat wanneer een vlam begint, een radioburst bijna gegarandeerd kort daarna volgt. Echter, de snelheid waarmee de radioburst start na de vlam hangt sterk af van de grootte van de vlam.

Hier wordt het verhaal interessant. Wanneer de zon een kleine, zwakke driftbuil heeft (een "B-klasse" vlam), neemt de radio-schokgolf (Type II) de tijd en verschijnt deze ongeveer 27,6 minuten later. Het is als een traageling die een lange wandeling naar het feestje maakt. Maar wanneer de zon een enorme, energieke driftbuil heeft (een "C-klasse" of "M-klasse" vlam), arriveert de radioburst veel sneller, in slechts ongeveer 5 tot 6 minuten. Dit suggereert dat grotere, energieke vlammen schokgolven creëren die bijna onmiddellijk ontstaan en naar buiten racen.

Het verhaal wordt nog vreemder wanneer we kijken naar wanneer de radiobursts stoppen. Voor de Type II bursts stopten ze zelfs voordat de röntgenvlam volledig was uitgedoofd. Hoe groter de vlam, hoe eerder de radioburst stopte. Voor de sterkste "M-klasse" vlammen stopte de radioburst zelfs een volle 26,8 minuten voordat de vlam zelf klaar was. Het is alsof de schokgolf zijn werk heeft gedaan en verdwijnt, terwijl de vlam zelf nog langzaam uitdooft. Dit impliceert dat de meest energieke vlammen schokgolven creëren die zo krachtig en snel zijn dat ze hun werk doen en snel verdwijnen, misschien omdat de omgeving waar ze doorheen reizen verandert terwijl ze zich van de zon verwijderen.

De Type IVm bursts, die meer lijken op de nagloeiende gloed van gevangen energie, gedroegen zich wat anders. Ze begonnen ongeveer 14,4 minuten na de vlam, ongeacht of de vlam een middelgrote "C-klasse" of een sterke "M-klasse" was. Dit suggereert dat het proces van het vangen van elektronen om deze gloed te creëren een consistente hoeveelheid tijd in beslag neemt. Echter, zodra ze begonnen, hielden de sterkere vlammen deze gloed veel langer vast. De "M-klasse" vlammen hielden het radiosignaal levend voor ongeveer 68,8 minuten nadat de vlam was begonnen, terwijl de "C-klasse" vlammen slechts 31,2 minuten vasthielden. Dit vertelt ons dat grotere vlammen betere "containers" creëren om de energetische elektronen een langere tijd vast te houden.

Ten slotte keken de auteurs naar hoe lang het duurde voordat de vlammen hun piekhelderheid bereikten. Ze ontdekten dat de meeste vlammen binnen 20 minuten na het begin hun piek bereikten. Dit is een cruciale bevinding voor voorspelling. Het suggereert dat als we een zonnevlam zien beginnen, we een venster van ongeveer 20 minuten hebben om te voorspellen of dit gevolgd zal worden door een grote eruptieve gebeurtenis, zoals een coronale massa-ejectie (een gigantische wolk van zonneplasma). Het artikel concludeert dat hoewel de energie van de vlam belangrijk is, de timing niet alleen over kracht gaat; het wordt ook beïnvloed door de lokale magnetische omgeving en de condities van het plasma rond de zon. Dus hoewel we de stemmingswisselingen van de zon niet perfect kunnen voorspellen, hebben we nu een betere stopwatch om te meten hoe snel haar driftbuien zich ontvouwen.