Solutbrott är kolossala explosioner av energi från solens yta, som släpper ut intensiv strålning och strömmar av högenergipartiklar i rymden. De uppstår generellt under solmaximum (toppen av solens aktivitetscykel) som inträffar vart 11 år, och just nu befinner vi oss i en sådan fas. Under ett utbrott frigörs stora mängder energi under kort tid, vilket påverkar både den omgivande atmosfären och kastar ut både partiklar med hög energi och högenergetisk elektromagnetisk strålning.
Tidigare har man trott att dessa händelser värmer upp partiklar till cirka 10 miljoner grader Celsius, men den nya studien visar att det inte var som man tidigare trott. Den nya studien visar att medan elektronerna värms upp till 10-15 miljoner grader, stiger jonernas temperatur till över 60 miljoner grader.
– Att vi nu ser att solutbrott, mer specifikt flares i det här sammanhanget, kan bli varmare än vid vi tidigare trott så påverkar detta omgivande atmosfärens fysik, men också partiklarna som sänds ut. I atmosfären påverkar detta dynamiken i plasmat, det vill säga hur den rör sig och interagerar med sin omgivning, förklarar Moa Skan.
Denna extrema obalans i temperaturen utmanar tidigare antaganden om hur solplasma beter sig.
– Att vi ser att flares kan uppnå högre temperaturer än vi tidigare trott påverkar en rad olika saker, bland annat att joner med högre massa kan antas vara mer turbulenta än tidigare, och att de kan uppnå högre hastigheter när de slungas ut i rymden.
Ett av de viktigaste bidragen i studien är att den förklarar avvikelser i spektrala observationer av solutbrott. Spektral analys är en metod för att studera ämnens innehåll i olika frekvenser, våglängder eller energier. När forskare studerar solutbrott genom teleskop analyserar de spektrala ”fingeravtryck” som olika element lämnar efter sig för att bestämma temperaturer och beteenden. Vid observationer av solar flares har dock dessa spektrala linjer alltid varit bredare än förväntat, och det är först nu man kan ha hittat en förklaring.
De nya fynden tyder på att överhettade joner rör sig så snabbt att de får spektrallinjerna att verka utsmetade. Detta genombrott fördjupar inte bara vår förståelse av solutbrottens dynamik, utan förbättrar också vår förmåga att tolka solobservationer mer exakt.
– Detta hjälper med att förbättra modellerna för solen, både för förståelsen av själva solatmosfären men också för att göra rymdvädermodeller bättre. Det kan därför ge oss mer precisa ”väderleksrapporter” för solväder.
Att undersöka solutbrott är inte bara av vetenskapligt intresse. De stora mängderna strålning från dessa utbrott kan skada satelliter, störa GPS- och kommunikationssystem och till och med hota astronauters hälsa. En tydligare förståelse för hur heta solutbrott verkligen blir kommer att hjälpa rymdorganisationer att förbereda bättre försvar mot dessa faror. Men för att göra bättre prognoser behövs kraftfulla datorer, så kallade superdatorer.
– Har vi bättre modeller för rymdväder kan vi bättre förbereda oss för hur den här typen av utbrott påverkar olika typer av infrastruktur som kan skadas om de blir träffade. Då vet vi mer exakt vilka åtgärder som krävs för att skydda dessa, lite som en väderleksrapport här nere på jorden – om jag säkert vet att det inte kommer att regna behöver jag inte ta med ett paraply. Men för att det ska bli praktiskt genomförbart behövs mer resurser i form av kraftfullare datorer för forskare som jobbar med detta, säger Moa Skan.
Framtida rymduppdrag förväntas testa teorin om superupphettade joner genom att direkt mäta dess temperaturer under solutbrott. Om resultaten bekräftas kan organisationer runt om i världen omforma strategierna för att skydda kritisk rymdinfrastruktur och mänskliga utforskare under kommande uppdrag, inklusive NASA:s Artemis-program.
Genom att bevisa att joner i solutbrott kan nå inte tidigare uppnådda temperaturer markerar denna studie en vändpunkt i solforskningen. Den ger en starkare grund för att skydda våra satelliter, astronauter och vår teknikberoende värld mot solen.
