Figura 1. Spettri dinamici (a sinistra) e contorni radio associati (a destra) di un lampo radio solare di tipo III osservato da LOFAR il 24 giugno 2015 alle 12:18:20 UT. I contorni LOFAR sono al 75% del flusso di picco dei burst di tipo III che vanno da 40 MHz a 30 MHz nella sequenza di colori bianco-blu-verde-giallo-rosso. Il contorno del raggio LOFAR al 75% per 30 MHz è mostrato nell'angolo in alto a sinistra in bianco. Lo sfondo è il Sole in EUV a 171 Angstrom osservato dall'AIA. Credito:immagine di Reid &Kontar, Astronomia della natura , 2021.
Il sole produce abitualmente elettroni energetici nella sua atmosfera esterna che successivamente viaggiano attraverso lo spazio interplanetario. Questi fasci di elettroni generano onde di Langmuir nel plasma di fondo, producendo raffiche radio di tipo III che sono le sorgenti radio più luminose nel cielo (Suzuki e Dulk, 1985). Questi lampi radio solari offrono anche un'opportunità unica per comprendere l'accelerazione e il trasporto delle particelle, che è importante per la nostra previsione di eventi meteorologici spaziali estremi vicino alla Terra. Però, la formazione e il movimento delle strutture a frequenza fine di tipo III (vedi Figura 1) è un puzzle, ma si crede comunemente che sia correlato alla turbolenza del plasma nella corona solare e nel vento solare.
Un recente lavoro di Reid e Kontar combina un quadro teorico con simulazioni cinetiche e osservazioni radio di tipo III ad alta risoluzione utilizzando il Low Frequency Array (LOFAR) e dimostra quantitativamente che le strutture fini sono causate dal movimento intenso dei gruppi di onde di Langmuir in un ambiente turbolento medio. Questi risultati mostrano come la struttura fine di tipo III può essere utilizzata per analizzare a distanza l'intensità e lo spettro delle fluttuazioni della densità di compressione, e può dedurre le temperature ambiente nel plasma astrofisico, entrambi ampliando significativamente l'attuale potenziale diagnostico dell'emissione radio solare.
Le strutture fini radio (Figura 1) hanno una piccola deriva in frequenza causata dal movimento dei gruppi di onde di Langmuir che si muovono nello spazio alla loro velocità di gruppo. La misurazione di questa deriva di frequenza (Figura 2) rivela la velocità del gruppo d'onda di Langmuir, e successivamente la velocità termica di fondo. Questa nuova tecnica aumenta la portata dei lampi radio solari da utilizzare come diagnostica remota della temperatura del plasma. L'osservazione deduce una corrispondente temperatura del plasma coronale intorno a 1,1 MK. La struttura radio fine fornisce anche un ulteriore modo per stimare la velocità di massa del fascio di elettroni, che è per lo più controllato dalla densità di energia del fascio.
Figura 2. Ingrandimento di una struttura fine di tipo III dai dati LOFAR (a sinistra) e dalle simulazioni (a destra). Le linee tratteggiate nere mostrano un adattamento lineare alla deriva, stimando una velocità costante di 0,69 Mm/s per il burst di tipo III osservato e di 0,6 Mm/s per il burst di tipo III simulato. Credito:immagine di Reid &Kontar, Astronomia della natura , 2021.
In sintesi, i risultati creano un quadro per sfruttare il potenziale diagnostico della struttura fine del burst radio per stimare le temperature del plasma e la turbolenza di densità. Questo nuovo potenziale è particolarmente rilevante data la maggiore risoluzione dei radiotelescopi terrestri di nuova generazione che stanno risolvendo una struttura molto più fine originata dalla corona solare. Inoltre, la maggiore vicinanza di Parker Solar Probe e Solar Orbiter all'emissione radio originata dalla corona molto alta o dal vento solare, e quindi maggiore sensibilità, permette di rilevare strutture fini in situ.
