Collisional Plasma Temperature and Betatron Acceleration of Quasi-thermal Electrons in Solar Flares

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Based on the model of a collapsing magnetic trap, we consider the influence of the temperature of a Maxwellian flare plasma on the efficiency of the betatron acceleration of quasi-thermal fast electrons in the cusp region of coronal loops. We show that an increase in the temperature causes a sharp growth (by 6–8 orders of magnitude) in the number density of quasi-thermal electrons which are capable of overcoming the ‘‘Coulomb loss barrier.’’ This suggests the necessity of background plasma preheating in the cusp region to 
 MK, for which the betatron mechanism can be responsible. We discuss the connection between the impulsive phase of flare energy release and the X-ray precursors of solar flares.

About the authors

Yu. T. Tsap

Crimean Astrophysical Observatory

Email: yur_crao@mail.ru
298409, pos. Nauchnyi, Crimea, Russia

V. F. Melnikov

Pulkovo Astronomical Observatory, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: yur_crao@mail.ru
196140, St. Petersburg, Russia

References

  1. Ашванден (M.J. Aschwanden), Physics of the Solar Corona: An Introduction (New York: Springer, 2004).
  2. Ашванден и др. (M.J. Aschwanden, G. Holman, A. O’Flannagain, et al.), Astrophys. J. 832, 27 (2016).
  3. Баттаглиа и др. (M. Battaglia, L. Fletcher, and A.O. Benz), Astron. Astrophys. 498, 891 (2009).
  4. Богачев С.А., Сомов Б.В., Письма в Астрон. журн. 31, 601 (2005) [S.A. Bogachev and В.V. Somov, Astron. Lett. 31, 537 (2005)].
  5. Богачев С.А., Сомов Б.В., Письма в Астрон. журн. 35, 63 (2009) [S.A. Bogachev, В.V. Somov, Astron. Lett. 35, 57 (2009)].
  6. Вайт и др. (S.M. White, M.R. Kundu, T.S. Bastian, D.E. Gary, G.J. Hurford, T. Kucera, and J.H. Bieging), Astrophys. J. 384, 656 (1992).
  7. Вармут, Манн (A. Warmuth and G. Mann), Astron. Astrophys. 644, A172 (2020).
  8. Верониг, Браун (A.M. Veronig and J.C. Brown), Astrophys. J. 603, L117 (2004).
  9. Вуд, Ньюкирк (P. Wood and T. Neukirch), Solar Phys. 226, 73 (2005).
  10. Гамильтон, Петросян (R.J. Hamilton and V. Petrosian), Astrophys. J. 398, 350 (1992).
  11. Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров С.А., Основы физики плазмы (M.: Атом-издат, 1977).
  12. Грицык, Сомов (P.A. Gritsyk and B.V. Somov), Proceed. of the Inter. Astron. Union, IAU Symp. 335, 90 (2018).
  13. Гуо, Джиакалоне (F. Guo and J. Giacalone), Astrophys. J. 753, 28 (2012).
  14. Драйсер (H. Dreicer), Phys. Rev. 115, 238 (1959).
  15. Карлицкий, Барта (M. Karlicky and M. Barta), Astrophys. J. 647, 1472 (2006).
  16. Карлицкий, Косуги (M. Karlicky and T. Kosugi), Astron. Astrophys. 419, 1159 (2004).
  17. Ковалев В.А., Сомов Б.В., Письма в Астрон. журн. 29, 465 (2003) [V.A. Kovalev and B.V. Somov, Astron. Lett. 29, 409 (2003)].
  18. Конг и др. (D.F. Kong, F. Guo, C. Shen, B. Chen, Y. Chen, S. Musset, L. Glesener, P. Pongkitiwanichakul, and J. Giacalone), Astrophys. J. Lett. 887, L37 (2019).
  19. Корчак (A.A. Korchak), Solar Phys. 66, 149 (1980).
  20. Литвиненко (Y.E. Litvinenko), Astrophys. J. 462, 997 (1996).
  21. Ли и др. (Z. Li, Y. Su, A.M. Veronig, S. Kong, W. Gan, and W. Chen), Astrophys. J. 930, 147 (2022).
  22. Лиу, Джокипии (S. Liu and J.R. Jokipii), Frontiers in Astron. and Space Sci. 8, 100 (2021).
  23. Лонгмайр (C.L. Longmire), Elementary Plasma Physics (New York: Intersci. Publ., 1973).
  24. Лысенко и др. (A.L. Lysenko, A.T. Altyntsev, N.S. Meshalkina, D. Zhdanov, and G.D. Fleishman), Astrophys. J. 856, 111 (2018).
  25. Лысенко А.Л., Фредерикс Д.Д., Флейшман Г.Д., Аптекарь Л.Р., Алтынцев А.Т. и др., Успехи физ. наук 190, 878 (2020).
  26. Мельников, Филатов (V.F. Melnikov and L.V. Filatov), Geomag. Aeron. 60, 1126 (2020).
  27. Мельников, Филатов (V.F. Melnikov and L.V. Filatov), Geomag. Aeronon. 61, 1189 (2021).
  28. Миллер и др. (J.A. Miller, P.J. Cargill, A.G. Emslie, G.D. Holman, B.R. Dennis, T.N. LaRosa, R.M. Winglee, S.G. Benka, and S. Tsuneta), J. Geophys. Res. 102, 14631 (1997).
  29. Риддифорд, Батлер (L. Riddiford and S.T. Butler), The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 43, 339, 447 (1952).
  30. Савельев И.В., Курс общей физики, том I. Механика, колебания и волны, молекулярная физика (M.: Наука, Гл. ред. физ.-матем. литературы, 1970).
  31. Сванн (W.F. Swann), Phys. Rev. 43, 217 (1933).
  32. Сомов, Косуги (B.V. Somov and T. Kosugi), Astrophys. J. 485, 859 (1997).
  33. Сомов Б.В., Богачев С.А., Письма в Астрон. журн. 29, 701 (2003) [B.V. Somov and S.A.Bogachev, Astron. Lett. 29, 621 (2003)].
  34. Спитцер (L. Spitzer), Physics of Fully Ionized Gases (New York: Intersci. Publ., 1956).
  35. Степанов А.В., Цап Ю.Т., Астрон. журн. 76, 949 (1999).
  36. Степанов, Цап (A.V. Stepanov and Y.T. Tsap), Solar Phys. 211, 135 (2002).
  37. Степанов А.В., Зайцев В.В., Магнитосферы активных областей Солнца и звезд (М: Физматлит, 2018).
  38. Трубников (B.A. Trubnikov), Problem. Plasma Phys. 1, 98 (1963).
  39. Филатов и др. (L.V. Filatov, V.F. Melnikov, and S.P. Gorbikov), Geomag. Aeronom. 53, 1007 (2013).
  40. Филатов, Мельников (L.V. Filatov and V.F. Melnikov), Geomag. Aeronom. 57, 1001 (2017).
  41. Флейшман и др. (G.D. Fleishman, G.M. Nita, B. Chen, S. Yu, and D.E. Gary), Nature 606, 674 (2022).
  42. Хадсон и др. (H.S. Hudson, P.J.A. Simes, L. Fletcher, L.A. Hayes, and I.G. Hannah), MNRAS 501, 1273 (2021).
  43. Цап Ю.Т., Изв. Крымской астрофиз. обсерв. 96, 165 (2000).
  44. Цап и др., (Yu.T. Tsap, G.G. Motorina, and Yu.G. Kopylova), Geomag. Aeronom. 56, 1104 (2016).
  45. Цап, Копылова (Yu.T. Tsap and Yu.G. Kopylova), Geomagn. Aeron. 57, 996 (2017).
  46. Цап Ю.Т., Копылова Ю.Г., Королькова О.A., Барта М., Изв. Крымской астрофиз. обсерв. 18, 60 (2022).
  47. Чариков и др. (Yu.E. Charikov, A.N. Shabalin, and S.A. Kuznetsov), Geomag. Aeronom. 57, 1009 (2017).
  48. Чен и др. (B. Chen, T.S. Bastian, C. Shen, D.E. Gary, S. Krucker, and L. Glesener), Science 350, 1238 (2015).
  49. Шарыкин И.Н., Струминский А.Б., Зимовцев И.В., Письма в Астрон. журн. 41, 57 (2015) [I.N. Sharykin, A.B. Struminskii, and I.V. Zimovets, Astron. Lett. 41, 53 (2015)].
  50. Эмсли (A.G. Emslie), Astrophys. J. 271, 367 (1983).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Pleiades Publishing, Ltd.