Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (202): Balmerovo kontinuum a elektronové svazky ve sluneční minierupci

Výzkumy v ASU AV ČR (202): Balmerovo kontinuum a elektronové svazky ve sluneční minierupci

Aktivní oblast NOAA 12736 na snímcích z družice SDO. Vlevo je celodiskový snímek v čáře ionizovaného helia, aktivní oblast je zdůrazněna modrým čtverečkem, který současně zdůrazňuje zorné pole výřezů vpravo. Vpravo jsou pak snímky oblasti v různých ultrafialových kanálech přístroje AIA, vpravo dole pak naznačen magnetogram. Šipkou je označena i pozice studované minierupce (miniflare), která souvisela s rekonexí malého magnetického dipólu.

Petr Heinzel ze Slunečního oddělení ASU byl součástí týmu, který se věnoval zevrubnému studiu jedné velmi malé sluneční erupce. Její vlastnosti byly ale vhodné k tomu, aby se podařilo dále rozmotat záhadu původu zvýšení Balmerova kontinua ve slunečních erupcích.

Erupce na Slunci jsou důsledkem rekonexe magnetického pole, při níž se ze zamotaného a komplikovaného pole s množstvím nahromaděné energie stane pole jednodušší, přičemž se uložená energie uvolní ve formě záření, ohřevu látky a často i výronu hmoty do koróny. Projevy slunečních erupcí lze studovat ve všech oborech elektromagnetického spektra. Teoretické modely již dávno předpokládaly, že by v erupcích mělo docházet ke zvýšení intenzity spektrálních kontinuí, tedy k nárůstu záření v důsledku volně-vázaných přechodů elektronů.

Významným spektrálním kontinuem je tzv. Balmerovo kontinuum vodíku, vznikající při zachytávání volných elektronů na druhou energetickou hladinu vodíku, kdy energetický rozdíl mezi volným a vázaným stavem elektronu je vyzářen ve formě převážně ultrafialového záření. Praktická detekce zvýšení tohoto Balmerova kontinua je dodnes technickým oříškem. Jednak se tato spektrální oblast nachází na hraně atmosférického okna propustnosti, takže je pozemními přístroji pozorovatelná jen obtížně. Pak se v této spektrální oblasti objevují i další příspěvky, z nichž některé bývají spojovány s erupcemi. Například ultrafialové čáry ionizovaného hořčíku mají velmi široká křídla, která se v silných erupcích obracejí do emise a překrývají se s oblastí působnosti Balmerova kontinua. Svoji roli může hrát i příspěvek spojitého záření ze sluneční fotosféry, která leží pod erupční oblastí. Není jednoduché od sebe tyto jednotlivé příspěvky oddělit.  

Samotná detekce zvýšení Balmerova kontinua v erupcích je ale jen jednou částí celého příběhu. Tou druhou je hledání procesu, který je za zvýšení spojitého záření v této oblasti přímo zodpovědný. V literatuře je navrženo mechanismů hned několik. Buď by mohlo jít o nárůst vznikající bombardováním elektrony z erupce přímo v chromosféře, který by se jednoduše překládal přes pozaďové spojité záření fotosféry. Nebo by ke zvýšení záření docházelo až ve fotosféře. Anebo by mohlo jít o převlečenou čarovou emisi v širokých čarách ionizovaného hořčíku nebo jiných kovů při integraci přes určité spektrální okno.
Výzkum spektrálních kontinuí se tradičně odehrává v případech velmi silných erupcí, u nichž se předpokládá, že elektronové svazky budou významným zdrojem energie, a tudíž bude snadnější takové zvýšení detekovat – taková detekce se již dříve podařila. Tým, jehož součástí byl i Petr Heinzel z ASU, šel opačnou cestou a studoval jednu velmi malou, až bezvýznamnou erupci – erupci rentgenové třídy B, tedy takovou, která téměř nevystupuje nad celkové pozaďové záření. Výhodou využití slabší erupce je paradoxně to, že není nutné uvažovat příspěvky emisních čar některých kovů, například železa. Za podmínek slabé erupce zde takové anomálie železných čar vůbec nemohou vznikat.

Autoři si vybrali minierupci, která proběhla 22. března 2019 v aktivní oblasti NOAA 12736, která byla v té době jedinou oblastí na celém slunečním disku. Použili pozorování z přístroje AIA (Atmospheric Imaging Assembly) na družicové observatoři SDO (Solar Dynamics Observatory), která pořizuje snímky hned v deseti spektrálních kanálech současně, umožňujících tak jakousi sondáž atmosféry. Z několika úvah se zdá přirozené, že ke zmíněné erupci došlo poměrně hluboko v atmosféře v oblasti teplotního minima jako důsledek rekonexe ovlivněné malým výtryskem. Další družicí, která se události věnovala, byla družice IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph), která poskytuje spektra v ultrafialové oblasti a k tomu i snímky na několika zajímavých ultrafialových vlnových délkách. V poslední řadě pak tým využil i celodisková pozorování rentgenového záření ze sond GOES a z nesluneční družice FERMI.

Již z konstrukce světelných křivek bylo zřejmé, že navýšení záření v oblasti Balmerova kontinua časově velmi dobře odpovídá pozorovanému nárůstu záření v tvrdé rentgenové oblasti. Slibná cesta ale musela být lemována mravenčí prací. V dalším kroku bylo zapotřebí převést IRIS spektra do absolutních radiometrických jednotek a především přesně kvantifikovat nárůst v Balmerově kontinuu. Toho bylo docíleno odečtením celkového záření před erupcí od záření během erupce.

Dalším krokem bylo posouzení, jak významný příspěvek mohou představovat široká křídla hořčíkových čar. Ukázalo se, že tento příspěvek je velmi malý. 82 % detekovaného záření skutečně pochází z Balmerova kontinua vodíku a jen zbývajících 18 % lze připsat zvýšené emisi v hořčíkových čarách. 

Měření rentgenového záření z družice FERMI posloužilo ke konstrukci předpokládaného energetického spektra a k odvození toku netepelných elektronů, které jsou pak zodpovědné za ohřev atmosféry. Tento údaj je důležitým vstupem pro numerický model záření v erupci, který uzavírá výzkumný kruh. Jedním z výsledků numerického modelu je totiž předpovězená intenzita záření Balmerova kontinua, kterou je pak možné porovnat s hodnotou odvozenou z pozorování.

Tentokrát bylo toto pozorování velmi úspěšné. Přesvědčivě se ukazuje, že pouze příspěvek netermálních elektronů je postačující k vysvětlení pozorovaného zvýšení spojitého záření v oblasti kontinua. Výsledky tedy jednoznačně podporují model, při němž vzniká opticky tenké Balmerovo kontinuum v chromosféře při rekombinaci vodíku ionizovaného srážkami s termálními i netermálními elektrony erupčního plazmatu.

REFERENCE

J. Reetika, B. Schmieder, P. Heinzel a kol., Balmer continuum enhancement detected in a mini flare observed with IRIS, Astronomy & Astrophysics v tisku, preprint arXiv:2107.11651

KONTAKT

prof. RNDr. Petr Heinzel, DrSc.
pheinzel@asu.cas.cz
Sluneční oddělení Astronomického ústavu AV ČR

 

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Sluneční oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: Sluneční erupce, Astronomický ústav AV ČR


47. vesmírný týden 2021

47. vesmírný týden 2021

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 22. 11. do 28. 11. 2021. Měsíc bude v poslední čtvrti. Večerní obloha nabídne pětici planet, tři z nich viditelné pouhým okem – Venuši, Jupiter a Saturn. Aktivita Slunce je nízká. Svět nevěřícně sledoval, jak Rusko provedlo podobný test, jako kdysi Čína, když rozstřelilo družici, jejíž úlomky reálně ohrozily ISS. Úspěšný start si připsaly rakety Electron, CZ-4B a Rocket 3.3. Chystá se start Progressu s modulem Pričal. K dvojplanetce se vydá sonda DART. Před 320 lety se narodil Anders Celsius, který je znám díky zavedení naší teplotní stupnice, ale zabýval se také hvězdami a polárními zářemi.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

IFN v souhvězdí Andromedy (11h 20min)

Titul Česká astrofotografie měsíce za říjen 2021 obdržel snímek „IFN v souhvězdí Andromedy", jehož autorem je Martin Vyhlídal     Souhvězdí Andromedy je pravděpodobně jednou z nejčastěji fotografovaných oblastí naší noční oblohy. Díky tomu, že se v něm nachází nejjasnější ze

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Mlhoviny IC59 a IC63

Emisní a reflexní mlhoviny v okolí hvězdy Gamm Cass. Ve snímku jsou díky dlouhé expoziční době vidět i temné mlhoviny (molekulární oblak) které se na běžných úzkopásmových snímcích nevyskytují.

Další informace »