Энергетический спектр рентгеновских вспышек, соотносящихся с группами пятен разных классов, в трех циклах солнечной активности

Важнейшей количественной характеристикой вспышечной активности является энергетика вспы шек . Анализ зависимости частоты вспышек от их полной энергии , т . е . энергетического спектра вспы шек , является в настоящее время наиболее распро страненным методом статистического рассмотрения энергетики вспышек . Оценки энергии звездных и солнечных вспышек в [1–3] показывают , что рас пределения их интегральных по времени значений энергий могут быть представлены степенной функ цией : N ~ E . Степенная зависимость часто исполь зуется для изучения общих законов возникновения и развития вспышек разного типа и в различных диа пазонах спектра [4, 5]. Степенной энергетический спектр был найден для солнечных оптических вспышек [3]. Такой же характер энергетического спектра был доказан и для солнечных вспышек мяг кого рентгеновского диапазона (1–8 Å) [6], и обна ружена уверенная корреляция спектрального индек са β с фазой 11- летнего солнечного цикла [7]. Сов падение энергетических спектров вспышек звезд и Солнца по степенной зависимости и по спектраль ному индексу свидетельствует об идентичности фи зической природы вспышечной активности этих объ ектов , а изменение спектрального индекса β с фазой 11- летнего цикла Солнца может являться фундамен тальной зависимостью в теории вспышек .

Цель работы

В литературе по звездным вспышкам [1, 8] природа цикличности на звездах практически не объясняется, однако рассматривается общий аспект роли магнитных полей в образовании вспышек. Магнитная активность Солнца (звезды класса G2) носит циклический характер, что не вызывает никаких сомнений. Одиннадцатилетний цикл Солнца син- magnetic cycle. The findings can be used both for the flare the- хронизирует все проявления солнечной активности – от числа пятен и напряженности магнитных полей до потока излучения в микроволновом диапазоне. Поэтому возможно, что изменение энергетических параметров солнечных вспышек также является следствием 11-летнего цикла.

Возможно , что для всего Солнца β изменяется в цикле только за счет того , что с циклом активности изменяется процентное соотношение групп пятен ( основных носителей магнитного поля ) разных клас сов . И если β для вспышек от групп разных классов различно , то этот вариант может привести к изме нению β в цикле для всего Солнца , даже если от групп пятен одного и того же класса β не изменя ется на протяжении цикла . Для уточнения этого вопроса необходимо рассмотреть , как энергетиче ский спектр вспышек связан с группами пятен разных классов .

Цель настоящей статьи – определить показатель спектра β для вспышек от активных областей разных классов и исследовать поведение β в цикле отдельно для вспышек от разных групп . В работе использова лась цюрихская модифицированная классификация групп пятен .

Анализ и обработка данных

Интегральные наблюдения Солнца в мягком рентгеновском диапазоне аналогичны наблюдениям звездных вспышек . Они являются удобным материа лом для статистического анализа свойств вспышек .

Используемые в настоящей работе данные пря мых измерений потоков мягкого рентгеновского излучения солнечных вспышек (1–8 Å) получены с комплекса спутников GOES в 1977–2007 гг . По дли тельности этот период соответствует трем циклам солнечной активности . В данных [9] указаны дата вспышки , время ее начала , максимальной стадии развития ( максимальной интенсивности ) и конца ,

Энергетический спектр рентгеновских вспышек, соотносящихся с группами пятен… координаты положения вспышки на Солнце, ее рентгеновский класс и номер активной области, над которой или в окрестностях которой вспышка проявилась. Для каждой активной области указывается ее класс в каждый день наблюдений на протяжении всего периода ее существования.

В соответствии с этими данными было выполне но сопоставление каждой рентгеновской вспышки с соответствующей ей активной областью .

На первом этапе исследований задача состояла в том , чтобы выявить вспышки , расположенные над активными областями , и вспышки , не соотносящие ся с группами пятен , так называемые « беспятен - ные », и , в зависимости от этого , разделить все вспышки на две группы : активные ( АО ) и неактив ные (N О ). В дальнейшем для группы АО были вы явлены вспышки , соответствующие активным об ластям класса A, B, C, D, E, F, H, и создана база дан ных по вспышкам для каждого из этих классов .

Первоначальная задача состояла в рассмотре нии поведения β только в двух случаях : в мощных АО класса E–F, сгруппированных вместе , и более слабых АО А – В – С , также объединенных в общую базу данных . Число вспышек в этих группах раз ное , но как ведет себя в них β , будет ли разли чаться показатель спектра для этих групп и как он будет вести себя в цикле ? Обработка данных про ведена по методике [6, 10]. Для каждого года в течение трех циклов получены интегральные энергетические спектры вспышек и определены их показатели ( рис . 1). Как видно из рисунка , из менение спектрального индекса в цикле присутст вует как для мощных групп E–F, так и для групп А – В – С : β показывает положительную корреляцию с фазой цикла , т . е . с числами Вольфа . Также на графике заметно различие показателей спектра для этих двух типов активных областей .

Для уточнения последнего результата были по лучены значения β , рассчитанные по суммарному числу вспышек в каждом из трех циклов , для актив ных областей развивающихся групп А – В – С , распа дающихся E–F и находящихся в максимуме эволюции групп D. Расчеты оформлены в виде таблицы и рис . 2

Рис . 1. Изменение показателя β энергетического спек тра рентгеновских вспышек активных областей А – В – С и E–F в трех циклах солнечной активности ( W – числа Вольфа ). Вверху справа показан доверительный интервал на уровне значимости 0.95.

Рис . 2. Распределение показателя спектра в трех циклах солнечной активности для групп , находящихся в разной ста дии эволюции . Присутствует 22- летняя модуляция β .

Рис . 3. Корреляция показателя спектра β с числом Вольфа ( W ) для вспышек групп А и С . Заметно численное различие β для этих групп .

Численные значения спектрального индекса β в трех циклах .

A–B–C E–F D 21 цикл 0.683±0.039 0.607±0.023 0.60±0.030 22 цикл 0.608±0.040 0.580±0.026 0.58±0.032 23 цикл 0.660±0.040 0.625±0.023 0.63±0.027 и подтверждают различие степенного индекса для рассматриваемых типов активных областей. Кроме того, присутствует различие между спектральными индексами четного 22-го и нечетных 21- и 23-го циклов, что характерно для 22-летнего магнитного цикла солнечной активности.

Для более достоверного анализа с учетом ре зультатов , полученных на первом этапе , исследова ния были расширены и выполнены для групп пятен каждого класса отдельно . В пределах каждого от дельного класса , A, B, C, D, E–F, рассчитаны инте гральные энергии вспышек от этих групп , построе ны интегральные энергетические спектры и опреде лены среднегодовые спектральные индексы . Расче ты выполнены для каждого года за период с 1977 по 2007 г . и подтверждают результаты предыдущего анализа , т . е . показатель спектра для вспышек каж дого класса уверенно варьирует с фазой цикла . Ва риации β присутствуют и для самых слабых групп класса А ( рис . 3).

Выводы

• •    Величина спектрального индекса различна для активных областей разных классов .

• •    Для каждого класса обнаружена положитель ная корреляция этого параметра с фазой 11- летнего цикла .

• •    Спектральный индекс выявляет заметную 22- летнюю модуляцию .

• •    То обстоятельство , что показатель спектра всех вспышек коррелирует с циклом пятен и маг нитным циклом , служит аргументом в пользу пред ставления об их физической взаимосвязи и внутрен них причинах цикличности в активности Солнца .

• •    Полученные выводы относятся к трем циклам солнечной активности и представляют интерес как для теории вспышек , так и для теории динамо .