Simulazioni di una sorgente influenzata dagli effetti di propagazione delle onde radio mentre viaggia ad angoli diversi rispetto alla linea di vista dell'osservatore. La sinistra, mezzo, e i pannelli di destra illustrano l'aspetto di una sorgente che si propaga ad angoli =0o, 10o, 30o, rispettivamente, alla linea di vista dell'osservatore. Le foto (puntini azzurri) sono emesse da una sorgente puntiforme (croce rossa) a 32 MHz (1.75R⊙, indicato dal grigio, linea tratteggiata) e si propagano attraverso un mezzo con un livello di turbolenza =0.8 e anisotropia α=0.3. La posizione apparente e la dimensione FWHM della sorgente, rispetto al Sole (cerchio arancione), sono indicati con una croce e un cerchio blu scuro, rispettivamente. Credito:figura adattata da Kontar et al. (2019).
L'emissione radio solare è prodotta nel mezzo turbolento dell'atmosfera solare, e le sue proprietà osservate (posizione della sorgente, dimensione, profilo temporale, polarizzazione, ecc.) sono significativamente influenzati dalla propagazione delle onde radio dall'emettitore all'osservatore. La diffusione delle onde radio su irregolarità di densità casuale è stata a lungo riconosciuta come un processo importante per l'interpretazione delle dimensioni delle sorgenti radio (ad es. Steinberg et al. 1971), posizioni (es. Fokker 1965; Stewart 1972), direttività (es. Thejappa et al. 2007; Bonnin et al. 2008; Reiner et al. 2009), e profili intensità-tempo (ad es. Krupar et al. 2018, Bian et al. 2019). Sebbene siano state sviluppate numerose simulazioni Monte Carlo per descrivere la diffusione delle onde radio (principalmente per fluttuazioni di densità isotropica), non tutti sono d'accordo. Il presente lavoro affronta questo importante problema sia ampliando che migliorando le descrizioni precedenti.
Nel recente documento, i ricercatori hanno esaminato la tecnica numerica Monte Carlo utilizzata per risolvere le equazioni di Langevin modellando sia le dimensioni delle sorgenti che i profili temporali. Lo scattering isotropico non è coerente con le osservazioni delle dimensioni delle sorgenti radio solari e dei profili temporali. Perciò, i ricercatori hanno costruito un nuovo modello che consente l'analisi quantitativa della propagazione delle onde radio in un mezzo che contiene una simmetria assiale, ma anisotropo, componente di dispersione. Espressioni esplicite per le equazioni di Langevin nel caso di scattering anisotropo sono state derivate e presentate nella sezione 3.2 di Kontar et al. (2019).
Le proprietà delle fonti, come ottenuto dalle simulazioni di ray-tracing (vedi Figura 1), sono stati studiati assumendo che i fotoni si propagassero ad angoli diversi rispetto alla linea di vista (LOS) dell'osservatore (vedi Figura 2). I ricercatori hanno scoperto che la dimensione della sorgente FWHM lungo la direzione x diminuisce con l'aumentare dell'angolo dalla LOS, mentre la dimensione della sorgente FWHM nella direzione y cambia solo debolmente. interessante, sebbene gli effetti di diffusione delle onde radio portino a sorgenti di grandi dimensioni, la direttività è prevalentemente in direzione radiale; un risultato che differisce dai primi risultati che suggeriscono una direttività isotropa (schema di emissione) dovuta allo scattering.
Un'animazione che mostra come i fotoni di una sorgente puntiforme radio che emette a 32 MHz sono influenzati dagli effetti di propagazione delle onde radio mentre viaggiano nell'eliosfera (dove α=0.3 e ϵ=0.8). Il pannello di sinistra illustra come apparirà la sorgente se si propaga direttamente verso l'osservatore, mentre il pannello di destra indica come apparirà la sorgente se si propaga perpendicolarmente alla linea di vista dell'osservatore. Credito:figura adattata da Kontar et al. (2019).
Le misurazioni della dimensione della sorgente e del profilo temporale delle simulazioni numeriche Monte Carlo sono state confrontate con le osservazioni delle dimensioni della sorgente e dei tempi di decadimento su un'ampia gamma di frequenze (0,02-500 MHz). I ricercatori hanno scoperto che sia la dimensione della sorgente che il tempo di decadimento delle osservazioni possono essere abbinati solo se si tiene conto dell'anisotropia, mentre se ignorato, è possibile abbinare solo una delle due proprietà alla volta.
Il risultato principale di questo lavoro deriva dal confronto delle simulazioni con le osservazioni combinate di imaging e ritardo in funzione della frequenza. Tale confronto ci porta alla conclusione che le osservazioni di esplosioni radio solari di tipo III dimensioni e durate, su un'ampia gamma di frequenze, richiedono una diffusione anisotropa nell'intera eliosfera tra il Sole e la Terra, con un fattore di anisotropia 0,3 e con le fluttuazioni di densità prevalentemente perpendicolari alla direzione radiale. Allo stesso tempo, le conclusioni relative al livello delle fluttuazioni di densità dipendono anche da, e quindi richiedono la conoscenza di, le scale di densità esterne. Il modello numerico sviluppato suggerisce che sono necessarie fluttuazioni di densità anisotrope (potenza inferiore nella direzione parallela) per tenere conto delle dimensioni della sorgente e dei tempi di decadimento simultaneamente, per tutti i tipi di raffiche radio che emettono emissioni radio al plasma.
