Die Quellen von weit-ausgebreiteten solaren energiereichen Teilchen-Ereignissen - Ein umfassender Ansatz, der Modellierung und Beobachtung kombiniert

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Heber, seit 1/2021
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399903456

Solare energiereiche Teilchen (SEPs) werden an magnetischen Rekonnektionsprozessen auf der Sonne und/oder an Schockfronten beschleunigt. Eine Untergruppe dieser SEP-Ereignisse bilden die sogennanten Widespread-Ereignisse, die extrem breite longitudinale Teilchenausbreitungen bis zu 360 Grad in der Heliosphäre aufzeigen. Wegen ihrer breiten Teilchenverteilungen, bis zu weit von den zugehörigen Aktivitätsregionen entfernten Längen, sind diese Ereignisse in Bezug auf Weltraumwetter von speziellem Interesse und die zugrundeliegenden Prozesse müssen identifiziert werden. Verschiedene Mechanismen werden derzeit diskutiert: Einerseits könnte der Teilchentransport, also starke Senkrechtdiffusion während der Teilchenausbreitung nach außen verantwortlich für die breiten Verteilungen sein. Andererseits könnte eine große Injektionsregion, also eine breite Region, über die die Teilchen das offene Magnetfeld des interplanetaren Mediums betreten, der Grund sein. Solch eine große Injektionsregion könnte auf eine spezielle Magnetfeldkonfiguration hindeuten, es könnte aber auch eine große Beschleunigungsregion, wie ein Schock, sein. Da große SEP-Ereignisse oft nicht nur einen solaren Flare, sondern auch einen dazugehörigen koronalen Massenauswurf zeigen, der einen Schock antreiben kann, könnte diese große Beschleunigungsregion neben der punktförmigen Flare-Region vorhanden sein.In-situ-Messungen von SEP-Ereignissen werden von einer Flotte von Raumsonden aufgenommen. Um auf die Beschleunigungs- und Injektionsprozesse rückzuschließen, können nur Fernerkundungs-Messungen in verschiedenen Wellenlängenbereichen genutzt werden. Um die Teilchenausbreitung zwischen den Injektionsorten und den In-situ-Messungen zu charakterisieren, werden Transportmodelle eingesetzt. Da jedes SEP-Ereignis von dem Zusammenspiel von Beschleunigung, Injektion und Transport bestimmt ist, ist eine umfassende und kombinierte Analyse nötig, um die verschiedenen Bestandteile zu entflechten und um die Verursacher der extrem breiten Teilchenausbreitungen zu identifizieren. In der vorgeschlagenen Studie werden wir uns auf Widespread-Ereignisse nahe-relativistischer Elektronen konzentrieren, die bei 1 AE gleichzeitig nahe der Erde sowie an den beiden STEREO-Sonden gemessen wurden. Wir werden ein hochmodernes Transportmodell benutzen, um die Multi-Sonden-Beobachtungen von einzelnen Widespread-Ereignissen zu reproduzieren. Indem wir einem kombinierten Beobachtungs- und Modellier-Ansatz folgen, werden wir die Hauptursachen der breiten Teilchenausbreitungen für jedes analysierte Ereignis identifizieren. Des Weiteren untersuchen wir, ob eine Punktquelle zusammen mit starkem Senkrechttransport solche Beobachtungen erklären kann oder ob eine bestimmte Breite der Injektion für all diese extremen Ereignisse nötig ist. Abschließend werden wir prüfen, ob verschiedene Typen von Widespread-Ereignissen existieren oder ob immer eine Kombination von bestimmten Prozessen involviert sein muss.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz, Südafrika
• Mitverantwortlich: Dr. Andreas Klassen
• Kooperationspartner: Dr. Frederic Effenberger; Ruhann Steyn; Professor Dr. Roelf Du Toit Strauss
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Nina Gieseler, bis 12/2020