Гирорезонансное излучение электронов с немаксвелловскими распределениями в солнечной короне Кузнецов А.А. 1, Флейшман Г.Д. 2, Максимов В.П. 1, Капустин В.Э. 1 1 Институт Солнечно-Земной Физики СО РАН (Иркутск, Россия) 2 New Jersey Institute of Technology (Newark, USA)

2 Гирорезонансное излучение Некогерентное магнитотормозное излучение тепловых электронов на низких гармониках циклотронной частоты. Генерируется на гироуровнях с f = sf B. В солнечной короне, для максвелловского распределения электронов: гироуровни с s 3 являются оптически толстыми; гироуровни с s > 3 прозрачны наблюдаемое излучение генерируется на 3-м гироуровне. Является основным механизмом генерации излучения солнечных активных областей. Может быть использовано для восстановления структуры магнитного поля. Структура источника гирорезонансного излучения, связанного с солнечной активной областью (из работы Jeongwoo Lee и др.).

3 Немаксвелловские распределения электронов каппа-распределениеn-распределение Немаксвелловские распределения: лучше согласуются с наблюдениями; могут приводить к генерации гирорезонансного излучения на гармониках s > 3; могут влиять на поляризацию излучения. Maxwellian κ = 2 κ = 3 κ = 6 Maxwellian n = 3 n = 5 n = 9

4 Гирорезонансное излучение – максвелловская плазма Предположения: Нерелятивистское приближение. Разложение функций Бесселя в ряд при малых значениях аргумента. Узкие гирорезонансные уровни. Оптическая толщина гироуровня s: Интенсивность излучения из гироуровня s: В оптически толстом гироуровне (при τ ) яркостная температура излучения T eff стремится к температуре плазмы T (закон Кирхгофа).

5 Гирорезонансное излучение – каппа-распределение κ = 6 κ = 8 κ = 12 Закон Кирхгофа не работает. Даже в оптически толстом случае (τ >> 1) яркостная температура зависит от τ. Множитель R(τ, κ-s) описывает отклонение от закона Кирхгофа. Оптическая толщина гироуровня s: Теория применима при s < κ – 1/2. Оптические глубины гироуровней (по сравнению с максвелловским распределением). Интенсивность излучения из гироуровня s:

6 Гирорезонансное излучение – каппа-распределение Для каппа-распределения: яркостная температура всегда выше, чем для максвелловского распределения; в оптически толстом гироуровне яркостная температура возрастает с оптической глубиной. Коэффициент R для каппа-распределения.Яркостная температура для каппа-распределения.

7 Для каппа-распределения интенсивность излучения выше, чем для максвелловского. Интенсивность излучения возрастает с уменьшением индекса κ. Для всех распределений спектры интенсивности имеют похожую форму. Оптически толстое излучение от каппа-распределения поляризовано в X-моде. Гирорезонансное излучение – каппа-распределение Интенсивность излучения.Степень поляризации.

8 Гирорезонансное излучение – n-распределение Интенсивность излучения.Степень поляризации. Для n-распределения интенсивность излучения ниже, чем для максвелловского. Интенсивность излучения уменьшается с ростом индекса n. Для всех распределений спектры интенсивности имеют похожую форму. Оптически толстое излучение от n-распределения поляризовано в O-моде.

9 Сравнение с точными гиросинхротронными формулами Максвелловское распределениеКаппа-распределение (κ = 8) Гирорезонансное приближение применимо: для максвелловского и n-распределений – при T 10 МК; для каппа-распределения – при s < κ – 1/2; при T 3 МК (для κ 7) и T 10 МК (для κ 12). Программная реализация: DLL-модули, вызываемые из IDL ; коды интегрированы с системой моделирования GX Simulator.

10 Наблюдения: AR 9067 (5 июля 2000 г.) Наблюдения ССРТ (на частоте 5.7 ГГц). Магнитограмма MDI.Экстраполированное магнитное поле.

11 Результаты моделирования для AR 9067 Интенсивность (Stokes I)Поляризация (Stokes V) Интенсивность (Stokes I) Параметры моделирования: максвелловское распределение; n 0 = 10 9 см -3, T = 2 МК. Параметры излучения на 5.7 ГГц: яркостная температура T 2 MK; полная интенсивность I = 7.1 sfu; степень поляризации V/I = -15%.

12 Результаты моделирования для AR 9535 (16 июля 2001 г.) Параметры моделирования: каппа-распределение; n 0 = 10 9 см -3, T = 1.5 МК, κ = 12. Параметры излучения на 5.7 ГГц: яркостная температура T 2.1 MK; полная интенсивность I = 5.1 sfu; степень поляризации V/I = 25%. Интенсивность (Stokes I)Поляризация (Stokes V) Интенсивность (Stokes I)

13 Сравнение максвелловского и каппа-распределений (для AR 9535) Максвелловское распределение Каппа-распределение Интенсивность T max = 2.1 МК Интенсивность T max = 1.5 МКПоляризация T max = 0.76 МК Поляризация T max = 1.2 МК

14 Выводы Разработана аналитическая теория гирорезонансного излучения для каппа и n-распределений. Fleishman & Kuznetsov, Astrophysical Journal, v. 781, id. 77, Разработаны программы для моделирования гирорезонансного излучения (совместимые с IDL и системой GX Simulator ). Интенсивность излучения: для каппа-распределения – выше, чем для максвелловского; для n-распределения – ниже, чем для максвелловского. Закон Кирхгофа для немаксвелловских распределений неприменим; излучение из оптически толстого гироуровня: для каппа-распределения – возрастает с оптической толщиной; для n-распределения – убывает с оптической толщиной. В отличие от максвелловского распределения, излучение в оптически толстом случае может быть поляризовано: для каппа-распределения – в X-моде; для n-распределения – в O-моде. Излучение из униполярных активных областей: во многих случаях хорошо объясняется моделью с максвелловским распределением с n 0 ~ 10 9 см -3 и T ~ 10 6 К; в отдельных случаях (с высокой поляризацией) каппа-распределение с κ ~ 10 лучше согласуется с наблюдениями. Для надежных выводов о форме распределения желательно иметь наблюдения с высоким пространственным разрешением.