Radiômetro milimétrico de alta resolução e fragmentação temporal de fulgurações solares durante a fase impulsiva

• Main Author: José Roberto Cecatto
• Other Authors: Hanumant Shankar Sawant
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 1996
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/iris@1905/2005/07.29.05.05.50

Observações de fulgurações solares com alta sensibilidade e altas resoluções espectral e temporal na faixa de comprimentos de onda milimétricos são escassas. Foi desenvolvido, pelo autor, um radiômetro sensível com resolução espectral de 1GHz, operando dentro da faixa 18-23 GHz em conjunto com uma antena de 13,7m de diâmetro, a partir de fins de 1987, para observações de regiões ativas solares, e posteriormente modificado para efetuar observações de explosões solares. Atualmente, o sinal em cada frequência e medido durante 100 ms. A descrição detalhada desta instrumentação incluindo o processo de calibração, a aquisição e o tratamento de dados são fornecidos neste trabalho. Utilizando este instrumento o autor participou em campanhas internacionais de observações solares e registrou sessenta e sete grupos de explosões solares, 9 destes observados simultaneamente com espectrômetro de raios-X duros a bordo do satélite Solar Maximum Mission e 5 observados simultaneamente com o Frequency Agile Interferometer, operando na faixa de 1-18 GHz no Owens Valley Radio Observatory (CALTECH). Existem sugestões de que fulgurações solares são compostas de fulgurações menores designadas por ""elementary flare bursts - EFB"", com a contrapartida destas explosões na banda de comprimentos de onda milimétricos conhecida como ""explosões simples"" de duração da ordem de segundos e exibindo um único pico. A ocorrência de tais explosões é rara. Onze explosões deste tipo foram investigadas em detalhes por seu comportamento espectral pela primeira vez. Os parâmetros observados destas explosões são os seguintes: tempo de subida médio de 4s e índice espectral variando entre -1,8 e -3,2, apresentando um comportamento temporal mole-duro-mole. O curto tempo de subida junto com o comportamento temporal do espectro sugerem que o mecanismo de aceleração e injeção dos elétrons e de tipo impulsivo. As observações com alta resolução espectral na parte opticamente fina dos espectros permitiram uma estimativa precisa do índice espectral. O índice espectral observado e o campo magnético estimado sugerem que elétrons de alta energia ( 200 keV) estão envolvidos na geração destas explosões. O possível mecanismo de aceleração e discutido. Os parâmetros da fonte (B=570G; E=100-300 KeV; N = 10 - 10 elétrons e E = 10 - 10 erg) de EFB sao semelhantes a ""hot points"", fizemos uma estimativa de primeira ordem da emissão em ondas milimétricas de tal tipo de fonte. Investigações simultâneas de 8 explosões milimétricas complexas, exibindo mais do que um pico, com raios-X duros, foram efetuadas pela primeira vez com altas resoluções espectral e temporal. Aqui, pela primeira vez mostramos pelo menos três casos em que os picos de explosões em comprimentos de onda milimétricos se correlacionam simultaneamente com os picos de alta energia (300 keV) observados em raios-X duros indicando que elétrons de energia mais alta ate 200-400 keV são os responsáveis pela geração das explosões em comprimentos de onda milimétricos. Também estimamos os parâmetros de fontes de microondas e raios-X duros. Em um caso observamos a frequência de pico permitindo uma estimativa mais precisa do campo magnético e outros parâmetros de fontes. Os parâmetros médios da fonte de explosões em raios-X e comprimentos de onda milimétricos são os seguintes: B= 480 G, E= 200 keV, N= 10 - 10 cm , NT= 10 - 10 elétrons e E = 10 - 10 erg. A correlação um-a-um em intensidade e tempo, e elétrons emissores em microondas com energia relativamente mais alta (200-300 keV) que a energia media daqueles emissores em raios-X duros, junto com o valor moderado do campo magnético estimado (500 G) sugerem que duas populações de elétrons, de energias distintas, geradas ao mesmo tempo são as responsáveis pela produção das explosões em ondas milimétricas e raios-X. A discrepância verificada para os números de elétrons emissores em microondas com aqueles produtores dos raios-X, com a sugestão acima, e o comportamento temporal de para explosões complexas favorecem a hipótese do modelo de aprisionamento com precipitação de elétrons para as fontes milimétrica e de raios-X. Este modelo explica a repetição da injeção de elétrons na fonte e o maior numero de elétrons emissores em microondas que encontram-se aprisionados nas partes mais altas das arcadas, bem como o numero relativamente menor daqueles que conseguem se precipitar para as partes mais baixas das arcadas gerando os raios-X duros observados. A semelhança observada na evolução temporal do índice espectral da parte opticamente fina do espectro de EFB e de explosões complexas foi a mesma: mole-duro-mole. Além disso, os parâmetros estimados para as fontes de EFB e explosões complexas assumindo um mecanismo de emissão girossincrotron não-termico são da mesma ordem de grandeza o que sugere fortemente a hipótese de que as explosões solares complexas são compostas de muitos pequenos EFB, isto e, que a energia de fulgurações solares e liberada em pequenos pacotes ou quantizada. === High-sensitivity, high-spectral-resolution solar observations in the millirneter wavelength are scanty. A sensitive radiometer with 1 GHz resolution, operating in the frequency range of I 8 and 23 GHz in conjunction with 13.7 m diameter antenna has been devcloped by the author initially, in 1987, for the observations of the solar active regions and !ater on modified for the bursts observations. At present each frequency is sampled for 100 ms. Details of this instrumentation, including the process of calibration, data acquisition. and reduction are described. The author h as participated in the intemational solar observation campaigns. Sixty seven groups of the solar bursts have been observed by this instrument, 9 observed simultaneously with hard X-ray burst spectrometer on board of Solar Maximum Mission satellite and 5 observed with Frequency Agite lnterferometer, operating in the frequency range of ( 1-18) GHz, of the CAloTECH. There is a suggestion that solar fiares are composed of small fiares named as elementary fiare bursts. The counterpart of these bursls in the millimetcr wave band is known as '"Simple Bursts" of the duration of the order of seconds exhibiting single peak. Occurrence of such burst is rare. Eleven of these bursts have been investigated in detail for their spectral behaviour for the first time. The observed parameters of these bursts are as follows: average ri se time -4 s, spectral index varied between -1.8 and -3.2. and time evolution of the spectral index shows soft-hard-soft behaviour. Short ri se time together with observed spectral behaviour suggest the rnechanism ofthe acceleration and injcction of the e!ectrons as of impulsive type. High spectral resolution observations in the opticall y thin parto f the spectra permitted to esti mate precise spectral index. Observed spectral index and estimated magnetic field suggest that higher energy. -200 keV electrons are involved in the generation of these bursts. Possible rnechanism of the acceleration h as been also discussed. Source parameters ( B = 570 G; E = I 00-300 ke V; NT = 1Q33 - 1036 electrons and ET = 1025 - l o27 erg) o f the EFB are nearly similar to '"hot points". We havc made first order estimate of millimeter wave emission from such source. Simultaneous investigations of the eight complex millimeter bursts, exhibiting more than one peak. with hard X-rays, have been carried out for the first time with high spectral and temporal resolutions. Here, for the first time we have shown at least in three cases that highest energy of X-rays simultaneously peaking with millimeter wavelength bursts was about 300 keV thus indicating that higher energy electrons up to (200-400) keV are responsible for the gencration of the millimeter wavelength bursts. Also estimated are source parameters of lhe X-ray and microwave sources. In one case we have observed tu mover frequency enabling us to estimai e more accurate magnetic fie!d and other source parameters. Average source parameters of the X-ray and millimeter wavelength.