Wissenschaftler entdecken auroraähnliche Radioemission über einem Sonnenfleck

In einem Studie veröffentlicht In NaturastronomieAstronomen vom Center for Solar-Terrestrial Research (NJIT-CSTR) des New Jersey Institute of Technology haben detaillierte Radiobeobachtungen einer außergewöhnlichen auroraähnlichen Erscheinung durchgeführt, die 40.000 km über einem relativ dunklen und kalten Fleck auf der Sonne, einem sogenannten Sonnenfleck, auftritt.

Forscher sagen, dass die neuartige Radioemission Merkmale mit den Polarlicht-Radioemissionen teilt, die häufig in planetaren Magnetosphären wie denen um die Erde, Jupiter und Saturn sowie bei bestimmten Sternen mit geringer Masse beobachtet werden.

Die Entdeckung bietet neue Einblicke in den Ursprung solch intensiver solarer Radioausbrüche und eröffnet möglicherweise neue Wege zum Verständnis ähnlicher Phänomene in entfernten Sternen mit großen Sternflecken, so der Hauptautor der Studie und NJIT-CSTR-Wissenschaftler Sijie Yu.

„Wir haben eine besondere Art langanhaltender polarisierter Radioausbrüche entdeckt, die von einem Sonnenfleck ausgehen und über eine Woche andauern“, sagte Yu. „Das ist ganz anders als die typischen, vorübergehenden solaren Radioausbrüche, die typischerweise Minuten oder Stunden dauern. Es ist eine aufregende Entdeckung, die das Potenzial hat, unser Verständnis der magnetischen Prozesse in Sternen zu verändern.“

Berühmte Polarlichtshows, die am Himmel der Polarregionen der Erde sichtbar sind, wie die Aurora Borealis oder Aurora Australis, treten auf, wenn Sonnenaktivitäten die Magnetosphäre der Erde stören, was den Niederschlag geladener Teilchen in der Polarregion der Erde erleichtert, wo das Magnetfeld konvergiert interagiert mit Sauerstoff- und Stickstoffatomen in der hohen Atmosphäre. Bei ihrer Beschleunigung in Richtung Nord- und Südpol können solche Elektronen intensive Radioemissionen mit Frequenzen um einige hundert kHz erzeugen.

Laut Yus Team unterscheiden sich die neu beobachteten solaren Radioemissionen, die über einer riesigen Sonnenfleckenregion entdeckt wurden, die sich vorübergehend dort bildet, wo Magnetfelder auf der Sonnenoberfläche besonders stark sind, von bisher bekannten solaren Radiolärmstürmen – sowohl spektral als auch zeitlich.

„Unsere räumlich, zeitlich und räumlich aufgelöste Analyse legt nahe, dass sie auf die Emission des Elektron-Zyklotron-Masers (ECM) zurückzuführen sind, bei der energiereiche Elektronen in konvergierenden Magnetfeldgeometrien gefangen sind“, erklärte Yu.

„Die kühleren und intensiv magnetischen Bereiche von Sonnenflecken bieten eine günstige Umgebung für das Auftreten der ECM-Emission, ziehen Parallelen zu den magnetischen Polkappen von Planeten und anderen Sternen und bieten möglicherweise ein lokales solares Analogon zur Untersuchung dieser Phänomene.“

„Im Gegensatz zu den Polarlichtern der Erde treten diese Aurora-Emissionen von Sonnenflecken jedoch bei Frequenzen im Bereich von Hunderttausenden kHz bis etwa 1 Million kHz auf – eine direkte Folge davon, dass das Magnetfeld des Sonnenflecks tausendmal stärker ist als das der Erde.“

„Unsere Beobachtungen zeigen, dass diese Radioausbrüche auch nicht unbedingt mit dem Zeitpunkt von Sonneneruptionen zusammenhängen“, fügte Rohit Sharma, Wissenschaftler an der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) und Co-Autor der Studie, hinzu. „Stattdessen scheint die sporadische Flare-Aktivität in nahegelegenen aktiven Regionen energiereiche Elektronen in großräumige Magnetfeldschleifen zu pumpen, die am Sonnenfleck verankert sind und dann die ECM-Radioemission über der Region antreiben.“

Es wird angenommen, dass das „Sonnenflecken-Radio-Aurora“ eine Rotationsmodulation synchron mit der Sonnenrotation aufweist, was zu dem führt, was Yu als „kosmischen Leuchtturmeffekt“ bezeichnet.

„Wenn der Sonnenfleck die Sonnenscheibe durchquert, erzeugt er einen rotierenden Radiolichtstrahl, ähnlich der modulierten Radio-Aurora, die wir von rotierenden Sternen beobachten“, bemerkte Yu. „Da dieses radioaktive Sonnenflecken-Aurora die erste Entdeckung dieser Art darstellt, umfasst unser nächster Schritt eine retrospektive Analyse. Unser Ziel ist es herauszufinden, ob einige der zuvor aufgezeichneten Sonnenausbrüche Beispiele dieser neu identifizierten Emission sein könnten.“

Die solaren Radioemissionen, wenn auch schwächer, werden mit den in der Vergangenheit beobachteten stellaren Polarlichtemissionen verglichen und könnten darauf hindeuten, dass Sternflecken auf kühleren Sternen, ähnlich wie Sonnenflecken, die Quellen bestimmter Radioausbrüche sein könnten, die in verschiedenen Sternumgebungen beobachtet werden.

„Diese Beobachtung gehört zu den klarsten Beweisen für Radio-ECM-Emissionen, die wir von der Sonne gesehen haben. Die Eigenschaften ähneln denen, die auf unseren Planeten und anderen fernen Sternen beobachtet wurden, was uns zu der Möglichkeit veranlasst, dieses Modell möglicherweise auf andere Sterne anwendbar zu machen.“ mit Sternenflecken“, sagte Bin Chen, außerordentlicher Professor für Physik am NJIT-CSTR und Co-Autor.

Das Team sagt, dass die neuesten Erkenntnisse, die das Verhalten unserer Sonne mit den magnetischen Aktivitäten anderer Sterne verbinden, Auswirkungen darauf haben könnten, dass Astrophysiker ihre aktuellen Modelle der magnetischen Aktivität von Sternen überdenken.

„Wir fangen an, das Rätsel zu lösen, wie energiereiche Teilchen und Magnetfelder in einem System mit der Anwesenheit langlebiger Sternflecken interagieren, nicht nur auf unserer eigenen Sonne, sondern auch auf Sternen weit außerhalb unseres Sonnensystems“, sagte NJIT Solar Forscher Surajit Mondal.

„Durch das Verständnis dieser Signale unserer eigenen Sonne können wir die starken Emissionen des häufigsten Sterntyps im Universum, der M-Zwerge, besser interpretieren, was grundlegende Zusammenhänge in astrophysikalischen Phänomenen aufdecken könnte“, fügte Dale Gary, angesehener Professor am NJIT-CSTR, hinzu der Physik.

Das Forschungsteam – darunter die Mitarbeiter Marina Battaglia von der FHNW und Tim Bastian vom National Radio Astronomy Observatory – nutzte breitbandige dynamische Radiobildspektroskopie-Beobachtungen vom Karl G. Jansky Very Large Array, um die Entdeckung zu erzielen.