新的发现，基于EOVSA在微波波长下对事件的观察，提供了第一次测量，描述了爆炸中心的磁场和粒子。结果显示，一个巨大的电流“片”穿过核心耀斑区域，延伸超过4万公里，在那里，相反的磁力线相互接近，断开并重新连接，产生强烈的能量，为耀斑提供动力。

值得注意的是，该小组的测量结果还表明，在太阳表面上方近2万公里处，耀斑环形底部(称为耀斑拱顶)的顶部有一个磁瓶状结构。研究小组认为，这个结构很可能是耀斑的高能电子被捕获并加速到接近光速的主要场所。

研究人员表示，这项研究对驱动如此强大喷发的中央引擎的新见解，可能有助于未来对太阳耀斑潜在的灾难性能量释放的太空天气预测。太阳耀斑是太阳系中最强大的爆炸，能够严重破坏地球上的技术，如卫星操作、GPS导航和通信系统等。

“这项研究的主要目标之一是更好地了解太阳爆发的基本物理学，”该论文的主要作者、新泽西理工大学物理学教授陈斌说。“长期以来，人们一直认为，通过重联电流片突然释放的磁能是这些主要火山喷发的原因，但没有对其磁性进行测量。通过这项研究，我们终于首次测量了电流片磁场的细节，让我们对太阳主要耀斑的中心引擎有了新的了解。”

“在太阳耀斑中储存和释放所有能量的地方直到现在都是不可见的. ...用宇宙学的术语来说，这是太阳的‘暗能量问题’，以前我们不得不间接推断耀斑的磁重联片存在，”NJIT的EOVSA主任、论文的合著者戴尔·加里说。“EOVSA在许多微波频率下拍摄的图像表明，我们可以捕获无线电发射来照亮这一重要区域。一旦我们有了这些数据，以及共同作者格雷戈里·弗莱什曼和格鲁·尼塔创造的分析工具，我们就能够开始分析辐射，以实现这些测量。”

今年早些时候，在《科学》杂志上，该团队报告说，它最终可以提供耀斑点燃后磁场强度变化的定量测量。

继续他们的研究，该团队的最新分析结合了在天体物理中心|哈佛和史密森尼(CfA)进行的数值模拟，以及EOVSA的光谱成像观测和从x8.2大小的太阳耀斑收集的多波长数据——从无线电波到x射线。这次耀斑是过去11年太阳活动周期中发生的第二大耀斑，与快速日冕物质抛射(CME)一起发生，在太阳日冕上层引发了大规模的冲击。

在这项研究的惊喜中，研究人员发现，沿着耀斑电流表特征的磁场测量剖面与团队的数值模拟预测非常吻合，该模拟基于一个著名的理论模型来解释太阳耀斑物理，该模型于20世纪90年代首次提出，以分析形式提出。

“令我们惊讶的是，测量到的电流片的磁场分布与几十年前的理论预测非常吻合，”陈说。

“太阳磁场的力量在喷发期间加速等离子体方面起着关键作用。我们的模型用于计算这次喷发期间磁力的物理学，它表现为高度扭曲的磁力线'绳索'，或磁通量绳，”CfA的天体物理学家、该研究的合著者凯西·里夫斯解释说。“值得注意的是，这个复杂的过程可以通过一个简单的分析模型来捕捉，而且预测和测量的磁场匹配得如此之好。”

CfA的申成才(Chengcai Shen)进行的模拟是为了用数值方法求解控制方程，以量化整个耀斑磁场中导电等离子体的行为。通过应用一种被称为“自适应网格细化”的先进计算技术，该团队能够解决薄的重连电流片，并在100公里以下的超精细空间尺度上捕获其详细的物理特性。

沈指出:“我们的模拟结果与太阳爆发期间磁场结构的理论预测相匹配，并重现了这一特殊耀斑的一系列可观察到的特征，包括磁场强度和重新连接的电流片周围的等离子体流入/流出。”

令人震惊的测量

研究小组的测量和匹配的模拟结果显示，耀斑的电流表具有一个电场的特征，每米产生惊人的4000伏。如此强大的电场存在于4万公里的区域内，比三个地球并排放置的长度还要长。

分析还显示，大量的磁能以每秒100 - 1000万亿(1022-1023)焦耳的速度被注入到电流片中——也就是说，耀斑发动机每秒处理的能量相当于10万枚威力最大的氢弹(5000兆吨级)同时爆炸所释放的总能量。

“当前冰盖如此巨大的能量释放令人兴奋。在那里产生的强电场可以很容易地将电子加速到相对论能量，但我们发现的意想不到的事实是，电流片区域的电场分布与我们测量的相对论电子的空间分布不一致。”“换句话说，必须有别的东西来加速或重定向这些电子。我们的数据显示，电流片底部的一个特殊位置——磁瓶——似乎对产生或限制相对论性电子至关重要。”

“虽然电流片似乎是释放能量以使球滚动的地方，但大多数电子加速似乎发生在另一个位置，即磁瓶. ...类似的磁性瓶正在开发中，用于在一些实验室聚变反应堆中限制和加速粒子。”加里补充道。“以前也有人在太阳耀斑中提出过这样的结构，但我们现在可以真正看到它的数量。”

在长达5分钟的发射过程中，大约99%的耀斑的相对论电子被观察到聚集在磁瓶中。

目前，陈说，该小组将能够将这些新的测量结果作为研究其他太阳耀斑事件的比较基线，并通过结合新的观测结果、数值模拟和先进的理论来探索加速粒子的确切机制。由于EOVSA的突破性能力，NJIT最近被选中参加NASA/NSF DRIVE科学中心关于太阳耀斑能量释放(SolFER)的联合合作。

“我们的目标是全面了解太阳耀斑，从它们的开始，直到它们最终向太阳风中喷射出高能量粒子，并最终进入地球的空间环境，”马里兰大学物理学教授、SolFER的首席研究员吉姆·德雷克(Jim Drake)说，他没有参与这项研究。“这些最初的观察已经表明，相对论性电子可能被困在一个大的磁瓶中，这是日冕磁场‘重新连接’释放能量时产生的。. ...EOVSA的观测将继续帮助我们解开磁场是如何驱动这些高能电子的。”

“进一步研究磁瓶在粒子加速和传输中的作用将需要更先进的模型来与EOVSA的观察结果进行比较，”Chen说。“在解决这些基本问题的研究中，我们肯定有巨大的前景。”