Kohärente solare Radiowellenemission durch schnelle magnetische Rekonnexion beschleunigter energiereicher Elektronen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Büchner; Dr. Patricio Muñoz
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392211132

Magnetische Rekonnexion ist ein fundamentaler Prozess hocheffizienter Umwandlung magnetischer in kinetische Energie, in Wärme und die Beschleunigung von Teilchen auf hohe Energien. Rekonnexion findet vermutlich in allen magnetisierten astrophysikalischen Plasmen statt, u.a. in stellaren Koronae. Während Sonneneruptionen kann Rekonnexion durch ihre solare Radiostrahlung aus der Ferne beobachtet werden: Wesentliche Teile der durch Rekonnexion freigesetzten Energie werden an energiereiche Elektronen übertragen die wiederum kohärente Radiostrahlung erzeugen. Über die Sonnenphysik hinaus ist es von allgemeinem Interesse für die Astrophysik zur Fernerkundung von Rekonnexion ihre Radiostrahlung zu verstehen. Die solare Radiostrahlung energiereicher Elektronen wiederum, z.B. während Typ-III-Ausbrüchen, übermittelt Informationen über die Plasma- und Feldbedingungen an ihrer Quelle. Dazu muss man den Mechanismus der Strahlungserzeugung verstehen. Neben den Standardtheorien mit ihren ungelösten Problemen eignet sich dazu der Welle-Teilchen-Mechanismus der sogenannten Elektronen-Zyklotron-Maser-(engl. ECM-) Instabilität, deren Theorie aber in der Vergangenheit ungelöste Fragen aufwies. Wir schlagen vor, Änderungen an der bisherigen ECM Theorie mit Hilfe numerischer PIC-code-Simulationen der kinetischen Rekonnexion in starken Führungsfeldern, wie sie typisch sind für die Sonne, zu verifizieren und konsistent von der Elektronenbeschleunigung durch Rekonnexion bis zur Radiowellenerzeugung über selbst-erzeugte Alfvenwellen zu beschreiben unter Berücksichtigung der Wechselwirkung der Teilchen mit der selbsterzeugten Turbulenz. Die Simulationen werden wir durch Vergleich mit theoretischen Lösungen in einfach zu behandelnde Grenzfällen validieren. Wir werden unsere theoretischen Voraussagen dann mit Beobachtungen der europäischen LOFAR, der internationalen ALMA Teleskope und des abbildenden chinesischen Mingantu-Spektro-Heliographen MUSER vergleichen. Wir werden die Untersuchungen zur Elektronenbeschleunigung durch Rekonnexion dann auch zur Vorbereitung der Röntgenstrahlungsmessungen der Sonnenteleskope des europäischen Solar Orbiters und des ersten chinesischen ASO-S Sonnen-Satelliten einsetzen. Insgesamt wollen wir einen deutlichen Fortschritt erzielen im Verständnis der kinetischen magnetischen Rekonnexion, der Fernerkundung ihrer Konsequenzen für die Beschleunigung energiereicher Elektronen und die Emission kohärenter Radiostrahlung durch Welle-Teilchen-Wechselwirkung in solaren Strahlungsausbrüchen mit Hilfe kinetisch-numerischer Simulationen im Vergleich mit Sonnenbeobachtungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Siming Liu