Een team van het Instituut voor Astronomie van de Universiteit van Hawaï ontdekte dat variaties in de abundantie van elementen zoals ijzer, silicium en magnesium dit fenomeen verklaren
Decennialang heeft de mysterieuze zonneregen —die druppels koud en dicht plasma die na een uitbarsting uit de corona vallen— wetenschappers voor een raadsel gesteld. Nu beweert een team van het Instituut voor Astronomie van de Universiteit van Hawaï het raadsel te hebben opgelost: het geheim zit hem in de variaties in de elementen waaruit de atmosfeer van de zon bestaat.
De ontdekking markeert een keerpunt in de zonnefysica en opent de deur naar het voorspellen van ruimteweerfenomenen. Dit werd uitgelegd door Luke Benavitz, een doctoraatsstudent, en astronoom Jeffrey Reep in een artikel gepubliceerd in Astrophysical Journal.
Zonneregen ontstaat in de corona, een gebied met extreem heet plasma dat zich boven het oppervlak van de zon bevindt. In tegenstelling tot regen op aarde bestaat dit fenomeen uit condensaties van plasma die, wanneer ze afkoelen en hun dichtheid toenemen, naar lagere lagen dalen.
Volgens de Universiteit van Hawaï vindt dit proces snel plaats na zonnevlammen en was het essentieel om dit te begrijpen om het gedrag van de zon te modelleren en veranderingen te voorspellen die van invloed kunnen zijn op de technologie en communicatie op aarde.
Tot nu toe gingen modellen ervan uit dat de abundantie van elementen in de corona constant bleef in ruimte en tijd. Deze vereenvoudiging verklaarde echter niet de snelheid waarmee zonneregen wordt gevormd.
Het artikel, gepubliceerd in het Astrophysical Journal, benadrukte dat, hoewel er al aanwijzingen waren voor schommelingen in de samenstelling van de corona, conventionele modellen deze dynamiek niet meenamen en daarom het fenomeen niet konden reproduceren.
Het team onder leiding van Benavitz en Reep bracht een beslissende verandering teweeg: de simulaties toonden aan dat, door de abundantie van elementen met een laag ionisatiepotentieel – ijzer, silicium en magnesium – in ruimte en tijd te laten variëren, het mogelijk was om de vorming van coronale condensaties te repliceren, zelfs in scenario’s met abrupte opwarming.
“Het is spannend om te zien dat, wanneer we elementen zoals ijzer in de loop van de tijd laten veranderen, de modellen uiteindelijk overeenkomen met wat we daadwerkelijk in de zon waarnemen. Het brengt de fysica op een levensechte manier tot leven”, aldus Benavitz, volgens de Universiteit van Hawaï.
Het geïdentificeerde mechanisme is gebaseerd op de directe relatie tussen de lokale abundantie van deze elementen en de mate van stralingsverlies van het plasma. Na een uitbarsting veranderden de materiaalstromen van de chromosfeer naar de corona de lokale samenstelling, waardoor pieken in de abundantie in specifieke regio’s ontstonden.
Deze pieken verhoogden de uitgestraalde straling, wat leidde tot een snellere afkoeling en de daaropvolgende val van dichtere plasmadruppels: de zonneregen. Simulaties met de HYDRAD-code toonden aan dat coronale condensatie alleen optrad wanneer de abundantie van elementen fluctueerde, terwijl modellen met vaste abundantie het fenomeen niet konden reproduceren.
Deze bevinding leverde directe voordelen op voor het modelleren van de zon en het voorspellen van het ruimteweer. Het artikel in Astrophysical Journal stelde vast dat een correcte weergave van de elementaire abundantie essentieel was voor het berekenen van de plasma-afkoeltijden en het voorspellen van de atmosferische dynamiek tijdens uitbarstingen.
De Universiteit van Hawaï benadrukte dat deze kennis in de toekomst het vermogen om fenomenen die de aarde beïnvloeden te voorspellen, zou kunnen verbeteren.
De doorbraak daagde bovendien het traditionele idee van de corona als een gebied met een statische samenstelling uit. De auteurs benadrukten dat de zonneatmosfeer veel dynamischer is dan gedacht en dat variaties in abundantie als een fundamenteel kenmerk in elk fysisch model moeten worden beschouwd.
Het voorgestelde model kan worden gevalideerd door middel van spectroscopische coronale waarnemingen, wat aanleiding gaf tot nieuw onderzoek en verbeteringen van de huidige modellen.
Volgens het Astrophysical Journal is de volgende stap het vergelijken van de simulaties met hoge-resolutie spectroscopische waarnemingen van ruimtemissies.
De onderzoekers zijn bovendien van plan om andere fysische effecten, zoals de ponderomotorische kracht veroorzaakt door Alfvén-golven, mee te nemen om de behandeling van abundantie in zonnemodellen nog verder te veralgemenen.
Volgens Jeffrey Reep, in verklaringen verzameld door de Universiteit van Hawaï, opende deze ontdekking een nieuw perspectief op de dynamica van de corona en nodigde het uit om de modellen voor verwarming en afkoeling te herzien, waardoor het veld voor toekomstig onderzoek in de zonnefysica werd uitgebreid.
