Güneş Dinamiği Gözlemevi, Güneş’in kenarındaki profilde görülen genişleyen koronal halkaların muhteşem bir örneğini yakaladı. Kredi: NASA/Güneş Dinamikleri Gözlemevi
Hepimiz koronal döngülerin muhteşem görüntülerini ve videolarını gördük. Parlak bir şekilde parlamaya zorlayan kavisli manyetik formlardır.[{” attribute=””>plasma to travel along their path. They arch up above the Sun, sometimes for thousands of kilometers, before reconnecting with the Sun again.
But a new study says that some of what we’re seeing aren’t loops at all. Instead, they’re a type of optical illusion. Do we know the Sun as well as we think we do?
The Sun’s corona is the outermost layer of its atmosphere. It’s made of plasma, which contains lots of charged particles. That means that it readily responds to electromagnetic fields. The Sun has a powerful magnetic field that varies by place and time. Sometimes that magnetism drives the plasma high above the corona, forming fantastical structures called coronal loops that eventually reconnect to the Sun’s surface. Some of these structures can last for days or even for weeks.
“This is an entirely new paradigm of understanding the Sun’s atmosphere.”
— Anna Malanushenko, lead author.
But if this new study is correct, then it means that many of what appear to be loops aren’t loops.
The new study is published in The Astrophysical Journal. Its title is “The Coronal Veil.” Anna Malanushenko, a scientist at the National Center for Atmospheric Research, is the lead author.
The study is based on an advanced 3D simulation of the Sun’s corona. It allowed scientists to isolate individual coronal loops by slicing the corona into distinct sections. The researchers found some loops, but their results showed that many of what looked like loops weren’t loops at all.
“I have spent my entire career studying coronal loops,” said lead author Malanushenko. “I was excited that this simulation would give me the opportunity to study them in more detail. I never expected this. When I saw the results, my mind exploded. This is an entirely new paradigm of understanding the Sun’s atmosphere.”
Koronal halkalar, sıcaklıkları nedeniyle aşırı UV radyasyonunda parlak bir şekilde parlar. Şekilleri, manyetizma anlayışımıza uygundur, bu nedenle döngü oldukları sonucuna varmak mantıklıdır. Yeni çalışma, döngülerin varlığını tamamen reddetmez. Ama bazılarını yalanlıyor.
Bu yeni araştırma, bilim insanlarının Güneş’e ve davranışlarına bir kez daha bakmalarını sağlıyor. Bu makalenin yazarlarının kafası karışmış durumda çünkü koronal döngüler manyetizma hakkında bildikleriyle uyumlu görünmüyor.
Güneş’in manyetik alan çizgileri güçlüdür, ancak yine de kaynaktan daha fazla zayıflamaları gerekir. Dolayısıyla eğer taç halkaları gerçekten de Güneş’in alan çizgileri boyunca akan halkalarsa, Güneş’ten uzaklaştıkça yayılmaları gerekir. Ama öyle olmuyor. Güneş’in görüntüleri, halkaların hala ince ve parlak olduğunu, hatta Güneş’in çok üzerinde olduğunu gösteriyor.
Yazarlar makalelerinde, “… koronal halkalar, koronada ortalama olarak sınırlayıcı manyetik alan yükseklikle birlikte zayıfladığından, yükseklikle beklenen görsel genişlemeden yoksun görünüyor” dedi.
Peki bunlar döngü değilse nedir?
Araştırmaya göre, bazıları “koronal peçe” dedikleri illüzyonlardır. Ve onların varlığı, yazarların Güneş hakkında bildiklerini düşündüklerini sorgulamalarına neden oluyor.
6 Kasım 1999’da TRACE uzay aracı tarafından Fe IX 17.1 nm (171 Å) ultraviyole radyasyonunda gözlemlenen ve Güneş yüzeyinden 120.000 km uzağa uzanan koronal döngüler. Kredi bilgileri: NASA/TRACE
Malanushenko, “Bu çalışma bize bilim adamları olarak varsayımlarımızı her zaman sorgulamamız gerektiğini ve sezgilerimizin bazen aleyhimize çalışabileceğini hatırlatıyor.” Dedi.
Döngülerin bazıları, projeksiyon artefaktları olarak adlandırdıkları şeydir. Ama gerçek koronal döngüler ve yapay eserler arasında ayrım yapmak kolay değil. “Belirli bir döngünün hacimdeki bir ipliğe mi yoksa bir projeksiyon artefaktına mı karşılık geldiğini gözlemlerden ayırt etmenin zorluğunu gösteriyoruz. Yazarlar, birden fazla bakış açısından gözlemler mevcut olsa bile, görünüşte izole edilmiş döngülerin gözlemcileri nasıl aldatabileceğini gösteriyoruz” diye yazıyor.
Bu araştırma, büyük ölçüde NCAR/UCAR’da geliştirilen çığır açan bir simülasyona dayanmaktadır. simülasyon denir MURaM. MURaM, Güneş’in derinliklerinden -yüzeyin yaklaşık 10.000 km altından- yaklaşık 40.000 km koronaya kadar uzanan gerçekçi bir simülasyondur. Bu geniş aralıktaki fiziksel koşullar, basınç ve yoğunluk açısından büyük farklılıklar gösterir. MURaM önemlidir çünkü bilim adamları, gelişmeden önce bu kadar geniş bir yelpazedeki koşulları modelleyememişlerdir.
MURaM, bilim adamlarının Güneş’in derinliklerinden başlayarak yüzeyde ortaya çıkmasına ve uzaya patlayıcı salınımına kadar bir güneş patlamasının tüm yaşam döngüsünü gözlemlemelerine izin verdi.
Ancak bu çalışma ile ilgili olarak ana sonuç, MURaM tarafından oluşturulan veri setidir. Bu veri kümeleri, manyetik alanın yapısını ve ona uyan plazmayı içerir. MURaM, bilim adamlarının korona da dahil olmak üzere Güneş’in “yapay” gözlemlerini oluşturmasına olanak tanır. Güneş’in koronası optik olarak incedir, bu da onun içini görmenin kolay olduğu anlamına gelir. Bu gözlemsel bir avantaj gibi görünse de, durum böyle değil.
Bu optik incelik, Güneş’i gözlemlediğimizde koronal halkalar gibi yapıların üst üste gelebileceği anlamına gelir. Hangisinin ön planda, hangilerinin arka planda olduğunu söylemek zor. Optik incelik, ilmeklerin ne kadar kalın olduğunu ayırt etmeyi de zorlaştırır. Bahçe hortumu gibi kalın mı? Yoksa kenarından görülen bir şerit gibi inceler mi?
Optik olarak ince koronada bu döngüleri görüntülerken üçüncü bir olasılık var. İnce bir iplik yerine, ilmekler, bir plazma tabakasındaki bir katlanmanın neden olduğu optik bir yanılsama olabilir.
MURaM, şimdiye kadar yaratılmış en güçlü güneş simülasyonlarından biridir. Birçok yönden sağlam olduğu kanıtlandı, ancak araştırmacılar hala temkinli. Bu yazıda ekip, MURaM verilerini, Atmosferik Görüntüleme Düzeneği (AIA) cihazından alınan Güneş’in gerçek görüntüleri ile karşılaştırdı. NASAGüneş Dinamiği Gözlemevi (SDO.)
a’dan d’ye ve f görüntüleri, bir koronal döngünün belirli bir bölümünü vurgulayan AIA görüntüleridir. E, MURaM simülasyonundan bir görüntüdür. Kredi: Malanushenko ve ark. 2022.
MURaM simülasyonunun gücü, araştırmacıların simülasyondaki verileri gerçek gözlemlerle mümkün olmayan bir şekilde inceleyebilmeleridir. MURaM, araştırmacıların Güneş’in bölgelerini, mevcut gözlemevlerinin ve aletlerin yapamayacağı şekilde incelemesine izin veren veri küpleri üretir.
Yazarlar makalelerinde şöyle yazıyorlar: “Döngüler alan çizgilerine uyduğu için bilim adamları, döngülerin farklı sıcaklık ve yoğunluktaki plazmayla dolu ince manyetik akı tüplerinin gökyüzü düzlemindeki izdüşümleri olduğunu varsayıyorlar.” “Bu akı tüpleri arasındaki alanlar da manyetik alanlarla dolu, ancak plazma daha az yoğun olduğu için daha sönük. Veya onu algılayan cihazın dalga boylarında iyi görünmeyen farklı bir sıcaklık olabilir.”
Yazarlar, akı tüpleri arasındaki bu daha soluk alanları görmek için hacimsel emisyon üzerinde çalıştılar. İnce MURaM dilimleri, araştırmacıların verileri incelemesine ve gerçek görüntülerde görünmeyen yapıları ve davranışları aramasına izin verdi. Bu dilimler, koronal ilmekler gibi görünen bazı şeylerin ilmek olmadığını, plazmadaki çıkıntılardan ve kırışıklıklardan oluştuğunu gösteriyor.
Çalışmadan alınan bu görüntüler, hacimsel emisyon denilen şeyi gösteriyor. MURaM veri küplerinden alınan ince görüntü dilimleridir. Bu görüntülerin çoğu, bireysel koronal halkalara karşılık gelen yapılardan ziyade, çok sayıda sırt ve kırışıklığa sahip karmaşık şekilli büyük ölçekli yapılar içerir. Bu yapıları birbirinden ayırmak kolay değildir. Bazı döngüler farklı, parlak lekelerle eşlenebilirken, birçok döngü, hacimdeki yalıtılmış yapılara karşılık gelmiyor gibi görünüyor. İmaj Kredisi: Malanushenko ve ark. 2022.
Bu çalışma, Güneş hakkındaki anlayışımızla ilgili soruları gündeme getiriyor. Ancak çalışmanın dezavantajlarından biri, simülasyona dayalı olmasıdır. Yazarlar bunu ve simülasyonların zaman geçtikçe astronomi ve astrofizikte daha belirgin ve daha önemli bir rol oynadığını kabul ediyor.
MURaM’a güvenebilir miyiz?
Yazarlar, MURaM’ın bugüne kadarki en gerçekçi simülasyonlardan biri olduğuna dikkat çekiyor. Bunu biliyoruz çünkü Güneş hakkında açıkça gözlemleyebileceğimiz birçok şey üretiyor. “Ancak, diğer simülasyonlar gibi kesinlikle eleştiriye açık. Yine de sonuçlarımızın gerçek korona ile ilgili olduğuna inanıyoruz…” diyorlar.
Bu keşif hakkında ikna edici olan şey, MURaM’ın bu çalışmanın sonucunu destekleyen sonuçlar üreten tek simülasyon olmamasıdır.
A 2005’ten çalışma farklı bir simülasyona dayanarak, bazı koronal döngülerin ayak izinin “… buruşuk ve geometrik olarak basit değil…” olduğunu buldular.
Bir diğeri 2014’te çalışma koronal simülasyonlara dayalı olarak, döngülere benzemeyen emisyonlar da bulundu. Bu simülasyondan alınan görüntüler, MURaM’ın bu yeni araştırmada gösterdiğine benzer dağınık bir bileşen, birkaç izole blob ve ince, parlak, tabaka benzeri yapılar gösterdi. Bu tabaka benzeri yapılardaki kırışıklıklar, bu yeni araştırmada bulunan izdüşüm artefaktlarına benzeyen döngüler üretti.
Bu rakam, farklı koronal simülasyonlara dayanan 2014 tarihli bir makaleden alınmıştır. (a) dağınık bir bileşen, (b) birkaç yalıtılmış leke ve (c) ince, parlak, tabaka benzeri yapılar gösterir. Kredi bilgileri: Winebarger ve ark. 2014.
Sorulacak bir sonraki mantıklı soru şudur: koronal döngülerin kaç tanesi gerçek döngüler ve kaç tanesi değil? Yeni gözlem teknikleri buna cevap vermek zorunda kalacak ve bu tekniklerin dikkatli bir şekilde tasarlanması gerekecek. Ayrıca yeni veri işleme teknikleri gerektirecektir. Ancak soruyu cevaplamak, güneş fiziğinin daha iyi anlaşılmasına yol açacaktır.
Malanushenko, “Bu tür teknikleri tasarlamanın son derece zor olacağını biliyoruz, ancak bu çalışma, Güneş’in gözlemlerini şu anda yorumlama şeklimizin, yıldızımızın fiziğini gerçekten anlamamız için yeterli olmayabileceğini gösteriyor.” Dedi.
Orijinal olarak yayınlandı Bugün Evren.
Referans: A. Malanushenko, MCM Cheung, CE DeForest, JA Klimchuk ve M. Rempel tarafından yazılan “The Coronal Veil”, 2 Mart 2022, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac3df9