Interpretation of the ribbon-like ENA feature observed by IBEX
Final Report Abstract
Das heutige Verständnis von astrophysikalischen Strukturen wird in der Regel dadurch eingeschränkt, daß die beobachteten Objekte sehr weit von dem erdgebundenen Beobachter entfernt sind. Ein neuartiger Ansatz, dieses Problem zu beheben, stellt die IBEX-Mission dar, welche elektrisch neutrale Teilchen aus entfernten Quellen studiert, welche durch astrophysikalische Magnetfelder nicht abgelenkt werden. Dieses Verfahren ermöglicht es, praktisch unverfälschte Daten uber den Sonnenwind und das lokale interstellare Medium am Rand des Sonnensystems zu erhalten (d.h. die heliosphärische Grenzschicht). In diesem Projekt haben wir eine mögliche Erklärung der IBEX-Daten, speziell im Hinblick auf die bandartige Region erhöhter Neutralteilchenflüsse untersucht, die an den Endschock (termination shock) des Sonnenwindes gebunden ist. Dieses Modell verwendet eine Mehr-Flüssigkeits-Beschreibung des Sonnenwindplasmas, welche auch Elektronen umfasst. Es zeigte sich, daß die physikalischen Eigenschaften (Ladung und Masse) der Elektronen zu einer stark erhöhten Aufheizung dieser Plasmakomponente führen, was erklärt, warum die von Voyager beobachteten Protonen hinter dem Schock scheinbar immer noch supersonisch sind. Unser Modell der heliosphärischen Grenzschicht liefert eine ringförmige Neutralteilchenstruktur, die um einen Faktor von 2 stärker als der Hintergrund war, was in guter Übereinstimmung mit den IBEX-Daten ist. Auch die absoluten Werte sind bereits sehr nahe an den beobachteten Werten; lediglich die Position der Regionen erhöhter Aktivität stimmt noch nicht mit den Beobachtungen überein. Die spektralen Eigenschaften der erzeugten ENA-Flüsse liefern im Gegensatz zu häufig gemachten Annahmen kein direktes Abbild der energiereichen Protonenverteilung, die in Neutralteilchen umgewandelt wird. Wir haben zwei relevante energieabhängige Korrekturen identifiziert: zum Einen die Transformation des Referenzsystems, die von dem Stromlinienprofil der Heliosheath abhängt, und einen weiteren Effekt aufgrund der energieabhängigen Ausschöpfung der Quellen bei großen Distanzen. Wir haben ebenfalls gezeigt, daß die IBEX-Mission lediglich globale Änderungen der Daten aufgrund des solaren Zyklus beobachten kann; aufgrund der zeitlichen Auflösung von 6 Monaten ist es nicht möglich, solare Ereignisse auf deutlich kürzeren Zeitskalen, wie z.B. CMEs, zu beobachten. Wir haben erstmals im Detail quantifiziert, wie groß die Verzögerung zwischen einer globalen Änderung im Sonnenwind und der Reaktion der ENA-Flüsse ist, wobei ein Verzug von etwa 5 Jahren zu erwarten ist (d.h. die ENA-Beobachtungen sind fast gegenphasig zum solaren Zyklus). Aufgrund einer sehr unklaren Beobachtungslage war es uns leider nicht möglich, ein existierendes realistisches Stromlinienprofil in unser Modell zu implementieren. Die Interpretation der Voyager-Daten führte in den vergangenen Jahren zu einer grundliegenden Überarbeitung existierender Modelle durch ihre Entwickler, wobei zur Zeit immer noch keine Rechnungen vorliegen, die man adaptieren konnte. Stattdessen haben wir einen Formalismus vorbereitet, der in der Lage sein wird, die relevanten (geometrischen) Aspekte der heliosphärischen Grenzschicht zu quantifizieren, so daß, wenn die Modellrechnungen endlich abgeschlossen sind, dieser Aspekt endlich weiter verfolgt werden kann. Dann sollte es auch möglich sein, auf Basis der IBEX-Daten genauere Informationen über die heliospharische Grenzschicht zu erhalten.
Publications
- 2010, ASTRA, 6, 31
Fahr, H.-J. & Siewert, M.
(See online at https://doi.org/10.5194/astra-6-31-2010) - 2011, A&A, 527, A125
Fahr, H.-J. & Siewert, M.
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Fahr, H.-J., Siewert, M., McComas, D. J., & Schwadron, N. A.
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201116513) - 2012, A&A, 537, A95
Fahr, H.-J., Chashei, I. V., & Siewert, M.
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201117503) - 2012, A&A, 539, A75
Siewert, M., Fahr, H.-J., McComas, D. J., & Schwadron, N. A.
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201117363) - 2013, A&A, 551, A58
Siewert, M., Fahr, H.-J., McComas, D. J., & Schwadron, N. A.
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201219241) - 2013, A&A, 558, A41
Fahr, H.-J. & Siewert, M.
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201322262) - 2014, A&A, 565, A81
Siewert, M., Fahr, H.-J., & McComas, D. J.
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201322934)
