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申慱太阳城国际娱乐网:研究发现太阳耀斑高能电子存在高低能截止

2021-04-07 紫金山天文台
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  由中国科学院紫金山天文台、北京大学和德国波茨坦莱布尼兹天体物理研究所组成的国际团队,利用X射线和太阳高能粒子(SEP)数据开展的最新研究,确认了耀斑高能电子中存在同粒子加速过程相关的高、低能截止,对高能能谱分析、耀斑电子加速和传输研究具有重要意义,并可帮助理解极光、地球伽马闪、其他高能天体的高能辐射。相关研究成果发表在The Astrophysical Journal上。

  耀斑是太阳外层大气内的剧烈活动现象,是灾害性空间天气的源头之一,也是一个天然粒子加速器,短时间内可加速大量电子至最高几十MeV以上,离子至10 GeV以上。这些高能粒子在传播中产生一系列效应和强烈的X射线、伽马射线辐射(图1),是影响耀斑能量释放和分配的核心要素之一。

  高、低能截止分别定义加速电子分布的能量上下限,是理解粒子加速和能量分配的重要参量。尤其是低能截止,是关联电子数量和能量的关键参数,其存在导致X射线轫致辐射幂律谱在截止能量以下显著变平,光子谱谱指数低至~1.3,是一种谱弯折较大的特殊双折谱(如图2左,红色)。然而,多数情况下,X射线能谱的低能端被千万度高温等离子体的热辐射所主导,该特征往往仅表现为普通的双折谱,但很难同其他产生双折谱的物理过程区分开,例如,太阳大气的反照叠加albedo、返回电流能损、超热辐射分量、仪器堆积效应等。因此,是否存在直接由加速过程产生的低能截止,甚至低能截止是否有必要引入一直是个疑问。有学者认为,低能截止仅是数学分析和能量估计所需的一个限制参量,而非加速过程必然产生的。

  科研人员从两个角度寻找同加速过程相关的截止能量:一是选择截止能量很高和热辐射较弱的一些特殊耀斑,从而发现低能截止的完整能谱特征(图2中);二是同时从X射线能谱和SEP电子两个方面发现了一致的高、低能截止能量。前者是从耀斑源区沿耀斑环向下注入色球层的电子,后者是从耀斑源区沿开放磁场逃逸到行星际空间的高能电子(排除CME加速),两者具有同源性质。而之前X射线和SEP的联合分析主要关注的是电子幂律分布指数。此外,科研人员还详细分析了高能截止对X射线能谱谱形的影响(图2右),强调了这个被忽视的重要因素。

  紫金山天文台博士研究生夏凡小雨为论文第一作者,研究员苏杨为论文通讯作者。该研究是我国第一颗太阳综合观测卫星ASO-S的HXI载荷科学准备研究内容之一,并得到国家自然科学基金委员会、中科院空间科学先导专项、German SpaceAgency DLR等的支持。

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  图1.一个X7级强耀斑的高能能谱

  图2.左图显示单幂律和两种低能截止幂律电子分布产生的轫致辐射X射线能谱;中图和右图是RHESSI观测到的耀斑能谱和拟合结果,均显示出了完整的低能截止特征。

打印 责任编辑:阎芳

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