Non–equilibrium ionization of metals in 3D numerical models of the solar atmosphere

Abstract

De siste par tiårene har avanserte forskningssatellitter og rombaserte observatorier gitt oss innsikt i en svært dynamisk solatmosfære, hvor lokale variable som temperatur og tetthet endres på korte tidsskalaer. Disse tidsskalaene er mye kortere enn ionisasjonstiden og rekombinasjonstiden til grunnstoffene vi er interessert i å studere, slik at de ikke nødvendigvis er i likevekt med omgivelsene. Dette medfører at den klassiske antagelsen om ionisasjonslikevekt settes i tvil. Strålingen ser vi i studier av sollyset gjennom spektrallinjer, noe som brukes til å trekke ut informasjon om det lokale miljøet de strålende grunnstoffene befinner seg i. Studier av spektrallinjer, hvor antagelsen om likevekt legges til grunn, kan derfor føre til gale konklusjoner.

Numerisk modellering av ionisasjonsbalansen er essensielt for å tolke observasjoner, noe som inntil nå er blitt gjort i 1D-representasjoner av solatmosfæren. Disse modellene har mange frie parametere, noe som fører til ufullstendige resultater. På grunn av manglende regnekraft har det ikke før nå vært mulig å utføre disse beregningene i 3D-modeller av solatmosfæren.

Jeg har implementert en metode for å følge ionisasjonsbalansen i en slik 3D modell, hvor jeg tar hensyn både til de atomære egenskapene til grunnstoffene og de dynamiske endringene i den syntetiske atmosfæren.

Resultatene viser at antagelsen om ionisasjonslikevekt er feil for mange av de mest observerte spektrallinjene. Vi har blant annet vist at diagnose av elektrontettheten ved bruk av spektrallinjer fra ionisert oksygen, som antas emittert i overgangssonen, gir opptil 10 ganger høyere elektrontetthet enn tidligere antatt. Vi ser at de emitterende grunnstoffene befinner seg i områder av atmosfæren der en ikke kan forutsette at antagelse om likevekt holder. Dette fører til feil diagnose av atmosfæren. Ved å inkludere ikke-likevekts ionisasjon kan vi ta hensyn til dette, og forutsi konsekvensene.