M. E. Cuesta, F. Fraschetti, G. Livadiotis, H. A. Farooki, M. M. Shen, L. Y. Khoo, J. R. Szalay, J. S. Rankin, D. J. McComas, D. G. Mitchell, E. R. Christian, J. G. Mitchell, G. D. Berland, C. M. S. Cohen, R. A. Leske, Z. Xu, G. D. Muro, F. Pecora, D. Ruffolo, W. H. Matthaeus, J. Giacalone, N. A. Schwadron, M. I. Desai, M. A. Dayeh, S. D. Bale, M. L. Stevens, and R. Livi
It has been inferred from theory that the spatial diffusion coefficient (κ) upstream of shocks is anticorrelated with the intensity of solar energetic particles (SEPs) at the shock ( jshock) motivated by quasi-linear theory (QLT). This is because a lower κ along the magnetic field (κ∥) implies that particles are trapped for longer, providing more acceleration and resulting in a higher jshock. However, the simplest version of DSA predicts that jshock is determined by the source of the injected population at the shock and plasma density jump with no relation to κ for low-energy SEPs. Here, we identify the relationship between κ and jshock, whose form is unknown, using Parker Solar Probe observations of eight shocks within 1 au. We estimate a characteristic κfit along the shock normal by fitting the upstream SEP intensity profiles with a 1D steady-state transport model for acceleration and escape assuming pitch-angle isotropy in the plasma frame. Also, we estimate κ∥ based on the magnetic power spectral density using QLT for comparison with κfit. Our results show that both quantities are anticorrelated with jshock. Instead of a uniform relationship between κ and jshock, we find distinct relationships appearing as potential power laws manifested across SEP events with no obvious radial dependence from 0.07 to 0.74 au. These relationships may be grouped by similar shock parameters (in terms of speed, strength, and orientation). Our findings raise questions about SEP transport and its radial dependence within 1 au and provide important observational constraints for models of shock-accelerated particles.
จากทฤษฎีมีการตีความว่าสัมประสิทธิ์การฟุ้งในอวกาศ (κ) ต้นน้ำจากคลื่นกระเทกนั้น มีแอนติคอร์ริเลชันกับความเข้มของอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ (solar energetic particles, SEPs) ณ คลื่นกระแทก ( jshock) ซึ่งมีแรงจูงใจจากทฤษฎีควอซีลีเนียร์ (quasi-linear theory, QLT) เนื่องจากค่า κ ตามสนามแม่เหล็ก (κ∥) ที่ต่ำบ่งชี้ว่ามีการกักตัวของอนุภาคนานมากขึ้น ซึ่งทำให้มีการเร่งมากขึ้น และ jshock สูงขึ้น แต่ในทางตรงข้าม ทฤษฎี DSA เบื้องต้นพยากรณ์ว่า jshock กำหนดโดยแหล่งของอนุภาคที่เข้าไปรับการเร่งที่คลื่นกระแทก และการกระโดดของความหนาแน่นพลาสมา โดยไม่สัมพันธ์กับ κ สำหรับ SEPs พลังงานต่ำ ที่นี้ เราระบุความสัมพันธ์ระหว่าง κ และ jshock ซึ่งมีรูปแบบที่ไม่ทราบก่อนหน้านี้ โดยใช้สังเกตการณ์จากยาน Parker Solar Probe สำหรับคลื่นกระแทกแปดเหตุการณ์ภายในระยะ 1 au จากดวงอาทิตย์ เราประมาณค่า κfit ตามแนวตั้งฉากกับคลื่นกระแทกโดยการฟิตความเข้ม SEP ต้นน้ำต่อเวลาด้วยแบบจำลองภาวะคงตัวใน 1 มิติสำหรับการเร่งและหนีโดยสันนิษฐานว่ากระจ่ายตัวของมุมพิชสม่ำเสมอในกรอบอ้างอิงของพลาสมา นอกจากนี้ เราประมาณค่า κ∥ จากพลังงานปั่นป่วนแม่เหล็กต่อเลขคลื่นโดยใช้ QLT เพื่อเปรียบเทียบกับ κfit ผลลัพธ์ของเราแสดงว่าทั้งสองค่ามีแอนติคอร์ริเลชันกับ jshock เราไม่ได้พบความสัมพันธ์ประเภทเดียว แต่พบความสัมพันธ์ที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละเหตุการณ์ ซึ่งดูเป็นพาวเวอร์ลอว์ โดยไม่ขึ้นกับรัศมีจากดวงอาทิตย์อย่างชัดเจน ตั้งแต่ 0.07 ถึง 0.74 au ความสัมพันธ์เหล่านี้อาจแบ่งกลุ่มด้วยพารามิเตอร์คลื่นกระแทก (ความเร็ว ความแรง และทิศทาง) ที่ใกล้เคียงกัน ผลลัพธ์ของเราเปิดคำถามทางด้านการขนส่งของ SEP และการขึ้นกับรัศมีภายใน 1 au และถือเป็นข้อผูกมัดจากการสังเกตที่สำคัญสำหรับการจำลองการเร่งอนุภาคที่คลื่นกระแทก
งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง:
M. E. Cuesta, F. Fraschetti, G. Livadiotis, et al. Distinct Solar Energetic Particle Shock
Intensity–Diffusion Coefficient Relationships in the Inner Heliosphere, Astrophys. J. Lett., 993, L15 (2025).
https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae109c
