АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, 2025, том 80, № 2, страницы 305–323
СТАТИСТИКА КОРОНАЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ МАССЫ СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК С ГЕЛИОСЕЙСМИЧЕСКИМ ОТКЛИКОМ
© 2025
И. Н. Шарыкин1*, И. В. Зимовец1
1Институт космических исследований РАН, Москва, 117997 Россия
*E-mail: ivan.sharykin@phystech.edu
*E-mail: ivan.sharykin@phystech.edu
УДК 523.985.3:52-17
Поступила в редакцию 17 сентября 2024 года; после доработки 20 октября 2024 года; принята к публикации 8 ноября 2024 года
В статье описываются результаты статистического анализа свойств корональных выбросов массы (КВМ) во вспышках с гелиосейсмическим откликом («солнцетрясениями») в сравнении со вспышками без фотосферных возмущений на базе наблюдений солнечной короны в ультрафиолетовом (по данным SDO/AIA) и видимом (по данным SOHO/LASCO) диапазонах. Рассматривались выборки вспышек с разными нижними порогами по данным Geostationary Operational Environmental Satellites—GOES-классу: выше М1.0, М5.0 и М7.0. Также проведен корреляционный анализ между параметрами КВМ и полной энергией солнцетрясений. Дополнительно для вспышек выше М7.0-класса анализировалась информация по наличию радиовсплесков в широком диапазоне длин волн и жесткого рентгеновского излучения. Обнаружено, что выбросы, сопровождающие вспышки с гелиосейсмическим откликом, являются более скоростными в нижней короне по данным AIA по сравнению со вспышками без фотосферных возмущений. Массы КВМ распределены примерно одинаковым образом независимо от наличия солнцетрясений во время вспышек. Анализ свойств диммингов показал, что они более импульсные с точки зрения временнóй динамики в случае вспышек с солнцетрясениями. Выбросы во вспышках выше М7.0-класса с гелиосейсмическим откликом менее скоростные и массивные во внешней короне по данным LASCO. Корреляционный анализ не выявил сильных взаимосвязей между акустической энергией и параметрами КВМ по AIA, но для нескольких параметров (кинетическая энергия, масса КВМ и глубина димминга) корреляция была достоверна по t-критерию. В отличие от вспышек с солнцетрясениями, зафиксировано практически полное отсутствие радиовсплесков III типа и редкое появление вслесков II типа для вспышек выше М7.0-класса без фотосферных возмущений. Спектральный пик микроволновых всплесков в среднем располагается на более высоких частотах во вспышках с солнцетрясениями, чем во вспышках без них. Согласно результатам нашего анализа, вспышки с солнцетрясениями, вероятно, обладают свойством эффективной генерации скоростных корональных диммингов и ударных волн на фоне плохо развитых КВМ высоко в короне (в сравнении со вспышками без фотосферных возмущений) и яркими проявлениями ускорения электронов, уходящих из области ускорения как в сторону поверхности Солнца, так и от нее. На наш взгляд, это указывает на то, что возможность эруптивной природы солнцетрясений нельзя сбрасывать со счетов. Ускоренные электроны могут быть как первичным, так и вторичным агентом, формирующим фотософерное возмущение.
Ключевые слова:
Солнце: активность — Солнце: корона — Солнце: корональные выбросы массы (СМЕ) — Солнце: вспышки — Солнце: радиоизлучение — Солнце: УФ-излучение — Солнце: рентгеновское излучение
ФинансированиеСписок литературы
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-72-30002).
Список литературы
1. J. D. Alvarado-Gómez, J. C. Buitrago-Casas, J. C. Martínez-Oliveros, et al., Solar Physics 280, 335 (2012). DOI:10.1007/s11207-012-0009-6
2. R. L. Aptekar, D. D. Frederiks, S. V. Golenetskii, et al., Space Sci. Rev. 71, 265 (1995). DOI:10.1007/BF00751332
3. M. J. Aschwanden, Astrophys. J. 831 (1), article id. 105 (2016). DOI:10.3847/0004-637X/831/1/105
4. M. J. Aschwanden, P. Boerner, D. Ryan, et al., Astrophys. J. 802 (1), article id. 53 (2015). DOI:10.1088/0004-637X/802/1/53
5. M. J. Aschwanden, E. P. Kontar, and N. L. S. Jeffrey, Astrophys. J. 881 (1), article id. 1 (2019). DOI:10.3847/1538-4357/ab2cd4
6. G. Aulanier, M. Janvier, and B. Schmieder, Astron. and Astrophys. 543, id. A110 (2012). DOI:10.1051/0004-6361/201219311
7. G. E. Brueckner, R. A. Howard, M. J. Koomen, et al., Solar Physics 162 (1–2), 357 (1995). DOI:10.1007/BF00733434
8. O. Burtseva, J. C. Martínez-Oliveros, G. J. D. Petrie, and A. A. Pevtsov, Astrophys. J. 806, article id. 173 (2015). DOI:10.1088/0004-637X/806/2/173
9. I. H. Cairns, S. A. Knock, P. A. Robinson, and Z. Kuncic, Space Sci. Rev. 107 (1), 27 (2003). DOI:10.1023/A:1025503201687
10. B. P. Clarke, L. A. Hayes, P. T. Gallagher, et al., Astrophys. J. 910 (2), id. 123 (2021). DOI:10.3847/1538-4357/abe463
11. V. Domingo, B. Fleck, and A. I. Poland, Solar Physics 162 (1–2), 1 (1995). DOI:10.1007/BF00733425
12. A. Donea, Space Sci. Rev. 158 (2–4), 451 (2011). DOI:10.1007/s11214-011-9787-7
13. G. A. Dulk, Annual Rev. Astron. Astrophys. 23, 169 (1985). DOI:10.1146/annurev.aa.23.090185.001125
14. V. Eselevich and M. Eselevich, Astrophys. J. 761 (1), article id. 68 (2012). DOI:10.1088/0004-637X/761/1/68
15. G. H. Fisher, D. J. Bercik, B. T. Welsch, and H. S. Hudson, Solar Physics 277, 59 (2012). DOI:10.1007/s11207-011-9907-2
16. P. T. Gallagher and D. M. Long, Space Sci. Rev. 158 (2–4), 365 (2011). DOI:10.1007/s11214-010-9710-7
17. N. Gopalswamy, S. Yashiro, G. Michalek, et al., Earth Moon and Planets 104 (1–4), 295 (2009). DOI:10.1007/s11038-008-9282-7
18. H. S. Hudson, G. H. Fisher, and B. T. Welsch, ASP Conf. Ser. 383, 221 (2008).
19. S. W. Kahler, J. Geophys. Research 87 (A5), 3439 (1982). DOI:10.1029/JA087iA05p03439
20. A. G. Kosovichev, in Proc. SOHO 18/GONG 2006/HELAS I, Beyond the spherical Sun (ESA SP-624), Sheffield, UK, 2006, Ed. by K. Fletcher, M. Thompson (ESA Special Publication, 2006) id. 134.
21. A. G. Kosovichev, Sunquakes: Helioseismic response to solar flares, in: Extraterrestrial Seismology (Cambridge University Press, Cambridge, 2015) pp. 306–322. DOI:10.1017/CBO9781107300668.025
22. A. G. Kosovichev and V. V. Zharkova, in Proc. 4th Soho Workshop on Helioseismology, Pacific Grove, California, USA, 1995, Ed. by J. T. Hoeksema, V. Domingo, B. Fleck, and B. Battrick (ESA Special Publication, Paris, 1995), poster 341.
23. A. G. Kosovichev and V. V. Zharkova, Nature 393, 317 (1998). DOI:10.1038/30629
24. J. R. Lemen, A. M. Title, D. J. Akin, et al., Solar Physics 275, 17 (2012). DOI:10.1007/s11207-011-9776-8
25. C. Lindsey and D. C. Braun, Solar Physics 192, 261 (2000). DOI:10.1023/A:1005227200911
26. S. Masson, S. K. Antiochos, and C. R. DeVore, Astrophys. J. 884 (2), article id. 143 (2019). DOI:10.3847/1538-4357/ab4515
27. S. Masson, E. Pariat, G. Aulanier, and C. J. Schrijver, Astrophys. J. 700 (1), 559 (2009). DOI:10.1088/0004-637X/700/1/559
28. W. M. Neupert, Astrophys. J. 153, L59 (1968). DOI:10.1086/180220
29. W. D. Pesnell, B. J. Thompson, and P. C. Chamberlin, Solar Physics 275, 3 (2012). DOI:10.1007/s11207-011-9841-3
30. E. R. Priest and T. G. Forbes, Astron. Astrophys. Rev. 10 (4), 313 (2002). DOI:10.1007/s001590100013
31. S. Quinn, M. Mathioudakis, C. J. Nelson, et al., Astrophys. J. 920 (1), id. 25 (2021). DOI:10.3847/1538-4357/ac0139
32. H. A. S. Reid and H. Ratcliffe, Research in Astron. and Astrophys. 14 (7), 773 (2014). DOI:10.1088/1674-4527/14/7/003
33. A. J. B. Russell, M. K. Mooney, J. E. Leake, and H. S. Hudson, Astrophys. J. 831 (1), article id. 42 (2016). DOI:10.3847/0004-637X/831/1/42
34. V. M. Sadykov, J. T. Stefan, A. G. Kosovichev, et al., Astrophys. J. 960 (1), id. 80 (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad0cf3
35. P. H. Scherrer, R. S. Bogart, R. I. Bush, et al., Solar Physics 162 (1–2), 129 (1995). DOI:10.1007/BF00733429
36. P. H. Scherrer, J. Schou, R. I. Bush, et al., Solar Physics 275, 207 (2012). DOI:10.1007/s11207-011-9834-2
37. I. N. Sharykin and A. G. Kosovichev, Astrophys. J. 808, article id. 72 (2015). DOI:10.1088/0004-637X/808/1/72
38. I. N. Sharykin and A. G. Kosovichev, Astrophys. J. 895 (1), id. 76 (2020). DOI:10.3847/1538-4357/ab88d1
39. I. N. Sharykin, A. G. Kosovichev, V. M. Sadykov, et al., Astrophys. J. 843, id. 67 (2017). DOI:10.3847/1538-4357/aa77f1
40. I. N. Sharykin, A. G. Kosovichev, and I. V. Zimovets, Astrophys. J. 807, article id. 102 (2015). DOI:10.1088/0004-637X/807/1/102
41. I. N. Sharykin, I. V. Zimovets, and A. G. Kosovichev, Astronomy Reports 67 (11), 1216 (2023). DOI:10.1134/S1063772923110094
42. A. M. Veronig, J. C. Brown, B. R. Dennis, et al., Astrophys. J. 621, 482 (2005). DOI:10.1086/427274
43. A. Warmuth, Living Reviews in Solar Physics 12 (1), article id. 3 (2015). DOI:10.1007/lrsp-2015-3
44. D. F. Webb and T. A. Howard, Living Reviews in Solar Physics 9 (1), article id. 3 (2012). DOI:10.12942/lrsp-2012-3
45. H. Wu, Y. Dai, and M. D. Ding, Astrophys. J. 943 (1), id. L6 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/acb0d1
46. Y. Zhang, Q. Zhang, D. Song, et al., Astrophys. J. Suppl. 260 (1), id. 19 (2022). DOI:10.3847/1538-4365/ac5f4c
47. S. Zharkov, L. M. Green, S. A. Matthews, and V. V. Zharkova, Astrophys. J. 741, article id. L35 (2011). DOI:10.1088/2041-8205/741/2/L35
48. S. Zharkov, L. M. Green, S. A. Matthews, and V. V. Zharkova, Solar Physics 284, 315 (2013). DOI:10.1007/s11207-012-0169-4
2. R. L. Aptekar, D. D. Frederiks, S. V. Golenetskii, et al., Space Sci. Rev. 71, 265 (1995). DOI:10.1007/BF00751332
3. M. J. Aschwanden, Astrophys. J. 831 (1), article id. 105 (2016). DOI:10.3847/0004-637X/831/1/105
4. M. J. Aschwanden, P. Boerner, D. Ryan, et al., Astrophys. J. 802 (1), article id. 53 (2015). DOI:10.1088/0004-637X/802/1/53
5. M. J. Aschwanden, E. P. Kontar, and N. L. S. Jeffrey, Astrophys. J. 881 (1), article id. 1 (2019). DOI:10.3847/1538-4357/ab2cd4
6. G. Aulanier, M. Janvier, and B. Schmieder, Astron. and Astrophys. 543, id. A110 (2012). DOI:10.1051/0004-6361/201219311
7. G. E. Brueckner, R. A. Howard, M. J. Koomen, et al., Solar Physics 162 (1–2), 357 (1995). DOI:10.1007/BF00733434
8. O. Burtseva, J. C. Martínez-Oliveros, G. J. D. Petrie, and A. A. Pevtsov, Astrophys. J. 806, article id. 173 (2015). DOI:10.1088/0004-637X/806/2/173
9. I. H. Cairns, S. A. Knock, P. A. Robinson, and Z. Kuncic, Space Sci. Rev. 107 (1), 27 (2003). DOI:10.1023/A:1025503201687
10. B. P. Clarke, L. A. Hayes, P. T. Gallagher, et al., Astrophys. J. 910 (2), id. 123 (2021). DOI:10.3847/1538-4357/abe463
11. V. Domingo, B. Fleck, and A. I. Poland, Solar Physics 162 (1–2), 1 (1995). DOI:10.1007/BF00733425
12. A. Donea, Space Sci. Rev. 158 (2–4), 451 (2011). DOI:10.1007/s11214-011-9787-7
13. G. A. Dulk, Annual Rev. Astron. Astrophys. 23, 169 (1985). DOI:10.1146/annurev.aa.23.090185.001125
14. V. Eselevich and M. Eselevich, Astrophys. J. 761 (1), article id. 68 (2012). DOI:10.1088/0004-637X/761/1/68
15. G. H. Fisher, D. J. Bercik, B. T. Welsch, and H. S. Hudson, Solar Physics 277, 59 (2012). DOI:10.1007/s11207-011-9907-2
16. P. T. Gallagher and D. M. Long, Space Sci. Rev. 158 (2–4), 365 (2011). DOI:10.1007/s11214-010-9710-7
17. N. Gopalswamy, S. Yashiro, G. Michalek, et al., Earth Moon and Planets 104 (1–4), 295 (2009). DOI:10.1007/s11038-008-9282-7
18. H. S. Hudson, G. H. Fisher, and B. T. Welsch, ASP Conf. Ser. 383, 221 (2008).
19. S. W. Kahler, J. Geophys. Research 87 (A5), 3439 (1982). DOI:10.1029/JA087iA05p03439
20. A. G. Kosovichev, in Proc. SOHO 18/GONG 2006/HELAS I, Beyond the spherical Sun (ESA SP-624), Sheffield, UK, 2006, Ed. by K. Fletcher, M. Thompson (ESA Special Publication, 2006) id. 134.
21. A. G. Kosovichev, Sunquakes: Helioseismic response to solar flares, in: Extraterrestrial Seismology (Cambridge University Press, Cambridge, 2015) pp. 306–322. DOI:10.1017/CBO9781107300668.025
22. A. G. Kosovichev and V. V. Zharkova, in Proc. 4th Soho Workshop on Helioseismology, Pacific Grove, California, USA, 1995, Ed. by J. T. Hoeksema, V. Domingo, B. Fleck, and B. Battrick (ESA Special Publication, Paris, 1995), poster 341.
23. A. G. Kosovichev and V. V. Zharkova, Nature 393, 317 (1998). DOI:10.1038/30629
24. J. R. Lemen, A. M. Title, D. J. Akin, et al., Solar Physics 275, 17 (2012). DOI:10.1007/s11207-011-9776-8
25. C. Lindsey and D. C. Braun, Solar Physics 192, 261 (2000). DOI:10.1023/A:1005227200911
26. S. Masson, S. K. Antiochos, and C. R. DeVore, Astrophys. J. 884 (2), article id. 143 (2019). DOI:10.3847/1538-4357/ab4515
27. S. Masson, E. Pariat, G. Aulanier, and C. J. Schrijver, Astrophys. J. 700 (1), 559 (2009). DOI:10.1088/0004-637X/700/1/559
28. W. M. Neupert, Astrophys. J. 153, L59 (1968). DOI:10.1086/180220
29. W. D. Pesnell, B. J. Thompson, and P. C. Chamberlin, Solar Physics 275, 3 (2012). DOI:10.1007/s11207-011-9841-3
30. E. R. Priest and T. G. Forbes, Astron. Astrophys. Rev. 10 (4), 313 (2002). DOI:10.1007/s001590100013
31. S. Quinn, M. Mathioudakis, C. J. Nelson, et al., Astrophys. J. 920 (1), id. 25 (2021). DOI:10.3847/1538-4357/ac0139
32. H. A. S. Reid and H. Ratcliffe, Research in Astron. and Astrophys. 14 (7), 773 (2014). DOI:10.1088/1674-4527/14/7/003
33. A. J. B. Russell, M. K. Mooney, J. E. Leake, and H. S. Hudson, Astrophys. J. 831 (1), article id. 42 (2016). DOI:10.3847/0004-637X/831/1/42
34. V. M. Sadykov, J. T. Stefan, A. G. Kosovichev, et al., Astrophys. J. 960 (1), id. 80 (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad0cf3
35. P. H. Scherrer, R. S. Bogart, R. I. Bush, et al., Solar Physics 162 (1–2), 129 (1995). DOI:10.1007/BF00733429
36. P. H. Scherrer, J. Schou, R. I. Bush, et al., Solar Physics 275, 207 (2012). DOI:10.1007/s11207-011-9834-2
37. I. N. Sharykin and A. G. Kosovichev, Astrophys. J. 808, article id. 72 (2015). DOI:10.1088/0004-637X/808/1/72
38. I. N. Sharykin and A. G. Kosovichev, Astrophys. J. 895 (1), id. 76 (2020). DOI:10.3847/1538-4357/ab88d1
39. I. N. Sharykin, A. G. Kosovichev, V. M. Sadykov, et al., Astrophys. J. 843, id. 67 (2017). DOI:10.3847/1538-4357/aa77f1
40. I. N. Sharykin, A. G. Kosovichev, and I. V. Zimovets, Astrophys. J. 807, article id. 102 (2015). DOI:10.1088/0004-637X/807/1/102
41. I. N. Sharykin, I. V. Zimovets, and A. G. Kosovichev, Astronomy Reports 67 (11), 1216 (2023). DOI:10.1134/S1063772923110094
42. A. M. Veronig, J. C. Brown, B. R. Dennis, et al., Astrophys. J. 621, 482 (2005). DOI:10.1086/427274
43. A. Warmuth, Living Reviews in Solar Physics 12 (1), article id. 3 (2015). DOI:10.1007/lrsp-2015-3
44. D. F. Webb and T. A. Howard, Living Reviews in Solar Physics 9 (1), article id. 3 (2012). DOI:10.12942/lrsp-2012-3
45. H. Wu, Y. Dai, and M. D. Ding, Astrophys. J. 943 (1), id. L6 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/acb0d1
46. Y. Zhang, Q. Zhang, D. Song, et al., Astrophys. J. Suppl. 260 (1), id. 19 (2022). DOI:10.3847/1538-4365/ac5f4c
47. S. Zharkov, L. M. Green, S. A. Matthews, and V. V. Zharkova, Astrophys. J. 741, article id. L35 (2011). DOI:10.1088/2041-8205/741/2/L35
48. S. Zharkov, L. M. Green, S. A. Matthews, and V. V. Zharkova, Solar Physics 284, 315 (2013). DOI:10.1007/s11207-012-0169-4
Statistics of Coronal Mass Ejections in Solar Flares with Helioseismic Response
© 2025
I. N. Sharykin1* and I. V. Zimovets1
1Space Research Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, 117997 Russia
*E-mail: ivan.sharykin@phystech.edu
*E-mail: ivan.sharykin@phystech.edu
This paper presents the results of a statistical analysis of the properties of coronal mass ejections (CMEs) associated with solar flares that exhibit a helioseismic response (“sunquakes”) in comparison with flares that do not show photospheric disturbances. The analysis is based on observations of the solar corona in the ultraviolet range (from the Atmospheric Imaging Assembly on board the Solar Dynamics Observatory, SDO/AIA) and the visible range (from the Large Angle Spectroscopic Coronagraph on board the Solar and Heliospheric Observatory, SOHO/LASCO). We considered samples of flares with different lower thresholds based on the Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES) classification: above M1.0, M5.0, and M7.0. A correlation analysis was also carried out between CME parameters and the total energy of the sunquakes. Additionally, for flares above M7.0-class, information on the presence of radio bursts across a wide range of wavelengths, as well as hard X-ray emission, was analyzed. It was found that CMEs accompanying flares with a helioseismic response tend to have higher velocities in the lower corona (according to AIA data) compared to flares without photospheric disturbances. The distribution of CME masses is approximately the same regardless of the presence or absence of sunquakes during the flares. An analysis of dimming properties showed that they are more impulsive in terms of temporal dynamics in flares with sunquakes. CMEs in flares above M7.0-class that exhibit helioseismic responses are less massive and slower in the outer corona according to LASCO data. The correlation analysis did not reveal strong relationships between acoustic energy and CME parameters based on AIA observations, but for several parameters (kinetic energy, CME mass, and dimming depth), statistically significant correlations were identified according to the t-criterion. In contrast to flares with sunquakes, there was an almost complete absence of type III radio bursts and a rare occurrence of type II bursts in the M7.0-class flares without photospheric disturbances. The spectral peak of microwave bursts tends to occur at higher frequencies in flareswith sunquakes than in those without. According to our analysis, flareswith sunquakes likely possess the ability to efficiently generate fast coronal dimmings and shock waves, even in the presence of poorly developed CMEs in the upper corona (in comparison to flares without photospheric disturbances). These events are also characterized by pronounced signatures of electron acceleration, with particles escaping the acceleration region both toward the solar surface and outward from it. In our view, this indicates that the possibility of an eruptive origin for sunquakes cannot be ruled out. Accelerated electrons may act as both the primary and secondary agents responsible for initiating the photospheric perturbation.
Keywords:
Sun: activity—Sun: corona—Sun: coronal mass ejections (CMEs)—Sun: flares—Sun: radio emission—Sun: UV radiation—Sun: X-ray emission
К содержанию номера