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一例具硬X射线双峰特征的约束耀斑事件的观测研究:两步能量释放过程
录入者:  |  时间:2018-01-23 12:12:36  |  作者:宁昊、陈耀  |  浏览次数:

约束耀斑是指耀斑过程中不伴随日冕物质抛射的一类太阳爆发事件。大体可分为两类:一类是失败的爆发,其图景与标准耀斑模型相似,在扭曲磁场结构向外爆发的过程中,由于背景磁场的强约束而未能成功抛出;另一类则为简单的环环作用图景,存在两个或更多的环系在日冕中交错,并触发磁场重联而释放能量,可形成新的不向外抛射物质的简单环系。

耀斑过程中,磁重联可将大量磁能转化为高能电子的能量。这些高能电子沿磁力线向下轰击色球层,激发硬X射线韧致辐射,同时将色球气体加热到10-20 MK的高温;随后,这些高温气体在压强梯度力作用下向上运动充满耀斑环,并产生软X射线辐射。此即Neupert (1968) 提出的色球蒸发过程。在这一图景下,硬X射线通量通常会在爆发后迅速增长至峰值,而由于色球蒸发过程的滞后效应,软X射线峰值常会延迟一段时间才能达到峰值。当滞后时间足够长时,X射线流量会在一定能段表现出“先硬后软”的双峰现象。以往研究中,发现了一批此类事件,其峰值间隔一般为1-2分钟,且双峰只在10-25 keV能段被观测到。这些观测被列为耀斑期间存在色球蒸发过程的依据。

目前,对于约束耀斑的研究取得了很大进展。然而,多数研究均针对“约束”的原因,需研究光球磁场位形,故多针对盘面事件。而在临边事件中,由于没有强辐射背景的影响,耀斑环系的运动情况可被清晰地观测到,这有利于耀斑环动力学过程的研究。本工作利用SDO卫星对全日面的多通道成像数据,研究了一例临边约束耀斑事件中的环环作用过程。在该事件中同样存在显著的X射线双峰现象,但两峰间隔长达四分钟,且第二个峰的能量高达50 keV。为探究双峰性质,加深对事件能量释放过程的理解,我们联合分析了RHESSI的X射线和NoRH的微波数据。

主要结果如下:

根据上述X射线双峰特征,我们将本事件划为A和B两个阶段。在极紫外高温波段,可在耀斑区观测到两组相互交错的环系。环系的运动引起了进一步的交错,且与耀斑爆发过程相对应。因此,本耀斑事件可用环环作用图景来理解。具体情况如下:交错环系中的一个以高达40 km/s的横向速度快速向北运动,与另一环系先是在较低位置相交,伴随着交点处的剧烈增亮(由磁场重联引起),这代表了第一阶段的能量释放过程。此后,这一环系继续向北运动,使得两环系紧紧纠缠在一起,在交错区域随即发生剧烈增亮,这对应于第二阶段的能量释放过程。两次能量释放区域都观测到增强的硬X射线和微波辐射。

为进一步研究两阶段辐射性质,我们分析了X射线谱,微波的亮温度和流量谱数据。结果表明,第一阶段的能量释放以非热电子加速为主,伴有一千万度的高温成分,与耀斑经典图景相符;而第二阶段辐射主要为双温热辐射,由常见的耀斑千万度热成分和温度高达三千万度的超热成分组成。由于色球蒸发过程不太可能产生三千万度的超热等离子体,结合上述数据分析结果,我们认为该超热成份是在高日冕中由磁场重联导致的直接加热过程产生的。

该研究结果“Two-stage energy release process of a confined flare with double HXR peaks”已被the Astrophysical Journal接受,将于近期发表,全文链接https://arxiv.org/abs/1801.06641。作者(宁昊、陈耀等)感谢国家自然科学基金和山东省自然科学基金的支持。本文从投稿到被期刊编辑接受发表,只用了两天时间(17日晚上投稿、19日收到接受通知),审稿人称赞本文写得非常好“a very nice paper, well-written”,没有要求任何修改。这立下了一个文章的投稿-接受所用时间的记录。


图1: X射线流量曲线变化,t1,t2和t3分别代表本耀斑触发,Stage A结束和Stage B开始,以及Stage B结束的时间。

图2:MGN(Multi Gaussian Normalization)方法处理的EUV图像,从左到右分别代表本耀斑的触发相、Stage A,Stage B,和恢复相。(c)为上述四个时刻对应的三维卡通示意图。


图3:两阶段峰值时刻X射线谱拟合的结果。其中,黑线为观测值,红线为总拟合结果。紫色、绿色为热谱成分,蓝色为幂律谱成分。底部直方图为拟合结果的残差分布。

 

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