Gibt es eine lokale Energetisierung von Ionen zum suprathermalen Reservoir in der inneren Heliosphäre?

• Antragstellerin: Dr. Verena Heidrich-Meisner
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502050603

Überall im interplanetaren Raum befinden sich suprathermaler Teilchen, die höhere Energien als die thermische Population aufweisen und häufiger vorkommen, als eine thermische (Maxwellsche) Geschwindigkeitsverteilungsfunktion vorhersagen würde.Diese Teilchen sind die Keimpopulation für die weitere Beschleunigung an koronalen und interplanetaren Schocks. Daher ist es wichtig, die Eigenschaften des suprathermalen Teilchenreservoirs zu verstehen und insbesondere zu untersuchen, wie es aufrechterhalten wird. Hier untersuchen wir die Rolle und die relative Bedeutung lokaler, kleinskaliger Prozesse wie Turbulenz, Wellendämpfung, Geschwindigkeitsschwankungen usw. bei der Energetisierung suprathermaler Ionen. Wir konzentrieren uns auf suprathermale Ionen im Energiebereich von ~2-100 keV/Nukleon. Mehrere Quellen und Beschleunigungsprozesse wurden vorgeschlagen, um die heliosphärische Population von suprathermalen Ionen zu erklären: Mechanismen an heliosphärischen (lokalen) und solaren (entfernten) Beschleunigungsstellen. Sowohl lokale als auch entfernte Quellen tragen zum Reservoir an suprathermalen Teilchen bei, aber unser Fokus liegt auf den lokalen kontinuierlichen Prozessen, die dieses Reservoir aufrechterhalten. Daher stellen wir die Frage, welche der lokalen Beschleunigungsprozesse aus der Literatur, d.h. Bulk Velocity Fluktuationen, Kompressionsturbulenz, Wellen und Turbulenz im interplanetaren Magnetfeld und Rekonnektion zwischen magnetischen Inseln, unter welchen Bedingungen dominieren.Jeder dieser Mechanismen liefert Vorhersagen, die anhand von Beobachtungen getestet werden können. So können wir die relative Bedeutung dieser Mechanismen bewerten. Mit dem im Februar 2020 gestarteten Solar Orbiter der ESA stehen nun geeignete Beobachtungen zur Verfügung [Müller et al., 2020]. Wir werden Beobachtungen des Solar Wind Analyzers (SWA, Owen et al.[2020]) und Energetic Particle Detectors (EPD, Rodríguez-Pacheco et al.[2020], Wimmer-Schweingruber et al.[2021]) auf Solar Orbiter verwenden.Wir werden unsere Forschungsfrage beantworten, indem wir drei Arbeitsaufgaben auf die Beobachtungen von Solar Orbiter anwenden. Zuerst leiten wir Geschwindigkeitsverteilungsfunktionen von suprathermalen Ionen unter verschiedenen Sonnenwind- und Magnetfeldbedingungen ab, die uns die Werkzeuge zur Verfügung stellen, die wir zum Testen der jeweiligen theoretischen Vorhersagen benötigen. Dann wählen wir geeignete Zeiträumen aus, in denen wir lokale Beschleunigungsprozesse und die daraus resultierende suprathermale Teilchenpopulation sowohl in Form von Fallstudien als auch in Form von statistischen Studien untersuchen können. Schließlich wenden wir die in der ersten Aufgabe entwickelten Werkzeuge auf die gewählten Zeiträume an und verbinden dann Beobachtungen mit theoretischen Vorhersagen, um die vorgeschlagenen Beschleunigungsmechanismus zu untersuchen. So können wir den Einfluss lokaler Prozesse auf das Reservoir suprathermaler Teilchen untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen