Eine Unterkategorie zeichnet sich dadurch aus, dass ein Flare in der Sonnenatmosphäre einen anderen Flare an einem anderen Ort, bei einer anderen Länge und Breite, auslöst. Diese werden als sympathische Flares bezeichnet. Bisher gab es jedoch keinen statistisch robusten Nachweis für ihre Existenz.
Dieses Video (klicken Sie auf das Bild, um die Animation zu sehen) zeigt das Auslösen eines ersten solaren Flares, gefolgt von einem zweiten Flare in der benachbarten aktiven Region etwa 30 Minuten später. Dieses Phänomen aufeinanderfolgender Flares wird als sympathischer Flare bezeichnet. Es tritt auf, wenn zwei aktive Regionen etwa 30° voneinander entfernt sind, ein Winkelabstand, der die magnetische Konnektivität zwischen diesen Regionen ermöglicht. Diese Konnektivität wird hier durch blaue Linien (Austritt des Magnetfelds) und rote Linien (Eintritt des Magnetfelds) dargestellt.
Dieses Video wurde aus den Bildern erstellt, die vom Solar Dynamics Observatory (SDO) im 131-Å-Band mit dem Instrument Atmospheric Imaging Assembly am 23. und 24. Oktober 2013 über einen Zeitraum von 3,5 Stunden aufgenommen wurden.
Credits: Louis-Simon Guité/Solar Dynamics Observatory.
Ein Forscherteam des Departements für Astrophysik des CEA Paris-Saclay und des Departements für Physik der Universität Montreal in Kanada hat erstmals nachgewiesen, dass sympathische Flares innerhalb eines Intervalls von 30 Minuten ausgelöst werden und aktive Regionen betreffen, die etwa 30° voneinander entfernt sind. Diese Entfernung entspricht dem typischen Abstand zwischen den beiden Ankerpunkten magnetischer Schleifen, was darauf hindeutet, dass diese Flares durch die magnetische Konnektivität zwischen diesen aktiven Regionen verursacht werden.
Dieses Phänomen betrifft etwa 5 % der Sonneneruptionen, die sich in derselben Hemisphäre befinden. Wenn die aktiven Regionen jedoch durch den solaren Äquator getrennt sind, kehrt sich das Phänomen um: Das Magnetfeld würde die Eruptionen eher hemmen als begünstigen. Dieses Phänomen, das als antipathische Flares bezeichnet wird, wird in diesem Artikel erstmals beschrieben.
Diese Studie wurde im Journal Astronomy & Astrophysics veröffentlicht: “Flaring together: A preferred angular separation between sympathetic flares on the Sun”. Darüber hinaus wird eine der Abbildungen der Studie das Cover einer monatlichen Ausgabe des Journals A&A zieren.
Sonneneruptionen: Ein seit langem beobachtetes, aber noch wenig verstandenes Phänomen
Erstmals von chinesischen Astronomen um 25 v. Chr. erwähnt, sind Sonnenflecken aktive Regionen, in denen das solare Magnetfeld die Oberfläche unseres Sterns durchdringt und dabei das Plasma einfriert. Da der Plasmaaustausch durch Konvektion unterbrochen wird, kühlen diese Bereiche ab und erscheinen im Kontrast zur heißeren Umgebung dunkel.
Die Anzahl und Größe dieser Sonnenflecken hängt mit dem magnetischen Zyklus der Sonne zusammen, der eine durchschnittliche Periode von etwa 11 Jahren zwischen zwei Maxima aufweist. Während der Phasen maximaler Aktivität, wie derzeit, kann die Sonnenaktivität besonders intensiv sein, mit einer großen Anzahl von Sonnenflecken, deren Größe das Mehrfache des Erddurchmessers erreichen kann, was sie mit geeigneter Ausrüstung sogar mit bloßem Auge sichtbar macht.
Das in diesen aktiven Regionen konzentrierte Magnetfeld enthält eine immense Menge an Energie, die in Form von Flares, intensiven Strahlungsemissionen, oder koronalen Massenauswürfen, extrem energiereichen Materieauswürfen, freigesetzt werden kann. Diese Phänomene gehören zu den energiereichsten in unserem Sonnensystem.
Im Jahr 1951 entdeckten der Wissenschaftler Richardson und sein Team, dass ein Flare, der von einer aktiven Region ausgeht, fast gleichzeitig einen weiteren Flare in einer benachbarten aktiven Region auslösen kann (siehe Video). Dieses Phänomen, das als sympathischer Flare bezeichnet wird, war jedoch bisher statistisch nicht eindeutig auf der Sonne nachgewiesen worden, und die zugrunde liegenden Mechanismen blieben unklar.
Normalisierte Auftrittswahrscheinlichkeit aufeinanderfolgender Flares aus aktiven Regionen in derselben Hemisphäre in Abhängigkeit vom Winkelabstand zwischen diesen Regionen und der Wartezeit zwischen zwei Flares (Wartezeit). Die schwarze Kurve zeigt einen signifikanten Überschuss an Eruptionen, wenn die aktiven Regionen etwa 30° voneinander entfernt sind. Dieser Überschuss ist besonders ausgeprägt, wenn das Zeitintervall zwischen zwei Eruptionen etwa 30 Minuten beträgt. Dieses Phänomen wird als sympathischer Flare bezeichnet.
Credits: Louis-Simon Guité.
Sympathische Flares unter der Lupe
Um dieses Phänomen statistisch zu bewerten, analysierten die Forscher eine große Anzahl von Sonneneruptionen, die während der letzten beiden Sonnenzyklen auftraten. Diese Beobachtungen wurden mithilfe von drei Weltraummissionen durchgeführt: dem Solar Dynamics Observatory (SDO), RHESSI und Solar Orbiter, wobei das Instrument STIX verwendet wurde, dessen Caliste-Detektoren am CEA-IRFU entwickelt wurden.
Die Forscher stellten zunächst fest, dass sympathische Flares etwa 5 % der Sonneneruptionen ausmachen, was statistisch belegt, dass aktive Regionen miteinander interagieren können, was die Rate der Sonneneruptionen erhöht.
Sie maßen erstmals, dass der typische Abstand zwischen zwei aktiven Regionen, die diese sympathischen Eruptionen verursachen, etwa 30 Grad beträgt. Sie bestimmten auch, dass das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Eruptionen weniger als 30 Minuten beträgt (siehe Abbildung 2).
Schließlich maßen sie, um den Ursprung dieses Phänomens zu verstehen, über die gesamte Sonnenscheibe hinweg den durchschnittlichen Abstand zwischen den Ankerpunkten magnetischer Schleifen, also den Zonen, in denen das Magnetfeld an die Oberfläche tritt und wieder eintritt. Überraschenderweise entspricht dieser Abstand, der auf 30 Grad geschätzt wird, dem Abstand zwischen den aktiven Regionen, die sympathische Flares auslösen. Diese Korrelation ermöglichte es, die Ursache dieses Phänomens der magnetischen Konnektivität zwischen zwei aktiven Regionen zuzuschreiben.
Nicht immer sympathische Flares
Während sympathische Flares einen Überschuss an Eruptionen verursachen, wenn aktive Regionen 30° voneinander entfernt sind, waren die Forscher überrascht festzustellen, dass die Anzahl der Eruptionen signifikant abnahm, wenn diese aktiven Regionen durch den Äquator getrennt waren (siehe Abbildung 3). Diese Hemmung der Flares könnte durch die unterschiedliche Konfiguration des Magnetfelds zwischen den beiden Hemisphären erklärt werden. Dieses Phänomen, das in dieser Studie erstmals identifiziert wurde, wurde als antipathische Flares bezeichnet.
Diese bahnbrechende Entdeckung wirft faszinierende Fragen zu den physikalischen Mechanismen auf, die sympathischen und antipathischen Sonneneruptionen zugrunde liegen, und eröffnet damit neue Perspektiven für zukünftige Forschungen.
Normalisierte Auftrittswahrscheinlichkeit aufeinanderfolgender Flares aus aktiven Regionen in gegenüberliegenden Hemisphären in Abhängigkeit vom Winkelabstand zwischen diesen Regionen. Die blaue Kurve zeigt eine signifikante Abnahme der Anzahl von Flares, wenn die aktiven Regionen etwa 30° voneinander entfernt sind und sich auf beiden Seiten des solaren Äquators befinden. Dieses Phänomen, im Gegensatz zum sympathischen Flare (siehe Abbildung 2), wird als antipathischer Flare bezeichnet.
Credits: Louis-Simon Guité.