Collaborative Research: Electron Acceleration and Emissions from the Solar Flare Termination Shock

合作研究：太阳耀斑终止激波的电子加速和发射

基本信息

批准号：
1735405
负责人：
Bin Chen
金额：
$ 16.88万
依托单位：
New Jersey Institute of Technology
依托单位国家：
美国
项目类别：
Standard Grant
财政年份：
2017
资助国家：
美国
起止时间：
2017-09-01 至 2020-08-31
项目状态：
已结题

来源：
https://www.nsf.gov/awardsearch/showAward?AWD_ID=1735405&HistoricalAwards=false
关键词：
Collaborative Research Electron Acceleration Emissions

项目摘要

This collaborative research project plans to make significant progress toward our understanding of one of the key problems in solar physics; i.e., the question of how electrons are accelerated within solar flares. Solar flares are the strongest explosions in the Solar System, and they provide sites for particle acceleration and high-energy emission. However, the question of exactly how this acceleration occurs remains unsolved. The project will combine two powerful numerical models that will enable the principal investigators (PIs) to simulate the physics over a wide range of scales from the large scale flares that produce shock waves down to the smallest scales where the particle acceleration occurs. This project will also support the training of the next generation of solar scientists. The PIs will involve both undergraduate and graduate students in the research, and funding is provided for a postdoctoral researcher for the project.In solar flares, a termination shock can develop when a high-speed outflow from the flare encounters magnetic loops in the solar atmosphere forming a standing shock wave that can accelerate particles to high energies. These shock waves had been predicted but never observed until recent X-ray and radio observations by one of the PIs (Chen). Motivated by this recent discovery, this project plans to investigate the dynamical evolution of termination shocks and their acceleration of electrons by combining, for the first time, two powerful numerical simulations: (1) large-scale magnetohydrodynamic (MHD) models of the dynamical evolution of a flare and (2) particle-in-cell kinetic and test-particle simulations for electron acceleration at the shock front. From the combined numerical model the PIs plan to generate synthetic hard X-ray emission and compare this emission with observations.

这个合作研究项目计划在我们对太阳物理学关键问题之一的理解方面取得重大进展；即电子如何在太阳耀斑中加速的问题。太阳耀斑是太阳系中最强烈的爆炸，它们为粒子加速和高能发射提供了场所。然而，这种加速到底是如何发生的问题仍然没有解决。该项目将结合两个强大的数值模型，使主要研究人员（PI）能够模拟各种尺度的物理现象，从产生冲击波的大尺度耀斑到发生粒子加速的最小尺度。该项目还将支持下一代太阳能科学家的培训。 PI 将让本科生和研究生参与研究，并为该项目的博士后研究员提供资金。在太阳耀斑中，当耀斑的高速流出物遇到太阳大气中的磁环时，就会产生终止激波形成驻震波，可以将粒子加速到高能量。这些冲击波曾被预测到，但直到最近一位 PI（陈）进行 X 射线和无线电观测才观察到。受这一最新发现的推动，该项目计划通过首次结合两个强大的数值模拟来研究终止激波的动态演化及其电子加速：（1）动态演化的大规模磁流体动力学（MHD）模型耀斑和（2）激波前沿电子加速的细胞内粒子动力学和测试粒子模拟。 PI 计划根据组合数值模型生成合成硬 X 射线发射，并将该发射与观测结果进行比较。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

The Dynamical Behavior of Reconnection-driven Termination Shocks in Solar Flares: Magnetohydrodynamic Simulations

太阳耀斑中重新连接驱动的终止激波的动力学行为：磁流体动力学模拟

DOI：
10.3847/1538-4357/aaeed3
发表时间：
2018-12
期刊：
The Astrophysical Journal
影响因子：
0
作者：
Shen, Chengcai;Kong, Xiangliang;Guo, Fan;Raymond, John C.;Chen, Bin
通讯作者：
Chen, Bin

Measurement of magnetic field and relativistic electrons along a solar flare current sheet

沿着太阳耀斑电流片测量磁场和相对论电子

DOI：
10.1038/s41550-020-1147-7
发表时间：
2020-07
期刊：
Nature Astronomy
影响因子：
14.1
作者：
Chen, Bin;Shen, Chengcai;Gary, Dale E.;Reeves, Katharine K.;Fleishman, Gregory D.;Yu, Sijie;Guo, Fan;Krucker, Säm;Lin, Jun;Nita, Gelu M.;et al
通讯作者：
et al

Radio Spectroscopic Imaging of a Solar Flare Termination Shock: Split-band Feature as Evidence for Shock Compression

太阳耀斑终止激波的射电光谱成像：作为激波压缩证据的分带特征

DOI：
10.3847/1538-4357/ab3c58
发表时间：
2019-10
期刊：
The Astrophysical Journal
影响因子：
0
作者：
Chen, Bin;Shen, Chengcai;Reeves, Katharine K.;Guo, Fan;Yu, Sijie
通讯作者：
Yu, Sijie

Radio Spectral Imaging of an M8.4 Eruptive Solar Flare: Possible Evidence of a Termination Shock

M8.4 爆发太阳耀斑的射电光谱成像：终止激波的可能证据

DOI：
10.3847/1538-4357/abe5a4
发表时间：
2021-04
期刊：
The Astrophysical Journal
影响因子：
0
作者：
Luo, Yingjie;Chen, Bin;Yu, Sijie;Bastian, T. S.;Krucker, Säm
通讯作者：
Krucker, Säm

Broad Non-Gaussian Fe xxiv Line Profiles in the Impulsive Phase of the 2017 September 10 X8.3-class Flare Observed by Hinode /EIS

Hinode /EIS 观测到的 2017 年 9 月 10 日 X8.3 级耀斑脉冲阶段的广泛非高斯 Fe xxiv 线剖面

DOI：
10.3847/1538-4357/aad62d
发表时间：
2018-09
期刊：
The Astrophysical Journal
影响因子：
0
作者：
Polito, Vanessa;Dudík, Jaroslav;Kašparová, Jana;Dzifčáková, Elena;Reeves, Katharine K.;Testa, Paola;Chen, Bin
通讯作者：
Chen, Bin

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通讯作者：
Bin Chen