Här långt ner i solen bildas soleruptioner.

 

Bilden: Diagram över solens inre och yttre atmosfär, som visar kärn-, strålnings- och konvektionszonerna separerade av takoklinen (Ett tunt, turbulent övergångsskikt i solens inre, beläget mellan den strålande kärnan som roterar stelt och den yttre konvektionszonen som roterar differentiellt) samt ytegenskaper som solfläckar, utbrott, kromosfären och koronan. Källa: NASA

I en analys av nästan tre decennier av solakustisk data rapporterar NJIT:s fysiker (New Jersey Institute of Technology) bevis för att soldynamon den magnetiska motorn som driver solens elvaårscykler och utbrott  verkar från nästan 200 000 kilometer under solens yta.

Vart elva år byter solens magnetfält riktning. Solfläckar  mörka, svalare områden på solens yta  markerar intensiv magnetisk aktivitet och ofta utlöser dessa områden solutbrott. De uppstår vid medellatituder och migrerar mot stjärnans ekvator i ett fjärilsformat mönster innan de bleknar när 11 årscykeln återställs.

Även om detta skådespel på stjärnans yta länge har varit synligt för astronomer har var denna kraftfulla cykel börjar i solen varit okänt fram tills nu.

Forskare vid New Jersey Institute of Technology (NJIT) som analyserade nästan tre decennier av soloscillationsdata för att spåra solens inre dynamik har nu pekat på den sannolika platsen för solens magnetiska motor djupt ner under ytan . Ungefär 200 000 kilometer ner i solen.

Resultaten som  publicerats i Nature Scientific Reports (se nedan) ger ett av de tydligaste observationsfönster hittills in i solens magnetiska motor. Den så kallade  soldynamon  som genom sina eruptioner formar rymdvädersmönster kopplade till solcykeln, inte bara solen  utan troligen även på andra stjärnor i galaxen.

"Hittills hade vi helt enkelt inte vetat tillräckligt från solens inre för att vara säkra på var solens intensiva magnetfält är organiserade," beskriver Krishnendu Mandal, huvudförfattare till studien  och forskarprofessor i fysik vid NJIT. "Solfläckar är de synliga spåren av magnetfält som driver rymdvädret på solens yta, men vad soloscillationsdata visar är också att platsen för att generera dem har sitt ursprung mycket djupt ner i solen."

För att analysera solens inre överbryggade teamet ungefär 30 års observationer från Michelson Doppler Imager (MDI) ombord på NASAs satellit Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) på Solar Dynamics Observatory (SDO) och markbaserade Global Oscillation Network Group (GONG).

Instrumenten har registrerat ljudvågor som genereras av turbulenta plasmarörelser inom stjärnan var 45:e till 60:e sekund sedan mitten av 1990-talet.

Genom att kombinera dessa observationer analyserade forskarna miljarder individuella mätningar och skapade en av de längsta och mest detaljerade registren över solens interna vibrationer.

"Helioseismologi är  ett ungt forskningsfält  tillförlitliga observationer började först i mitten av 1990-talet när GONG först togs i bruk," förklarar Mandal. "Nu, med nästan tre elvaåriga solcykler av data, ser vi äntligen tydliga mönster ta form som ger oss ett fönster in i stjärnan."

Precis som seismologer som studerar jordbävningar på jorden analyserade forskarna ljudvågor i detta fall som rörde sig genom solen  och mäter skiften i vågornas färdtid genom solens inre som avslöjar hur het plasma inuti stjärnan rör sig och roterar och blottlägger band av snabbare och långsammare rotation under ytan.

Teamets analys visade att dessa migrerande rotationsband i det djupa solens inre bildar ett fjärilsformat flödesmönster som speglar solfläckarnas migration som senare uppstår vid ytan.

Analys av dessa flödesmönster från insidan visade på ett kritiskt övergångslager nästan 200 000 kilometer under ytan. De så kallade takoklinen. 

Denna tunna gräns skiljer solens turbulenta yttre konvektionszon där plasma rör sig och stiger från dess stabila strålningsinre nedanför. Över takoklinen ändras solens rotation abrupt vilket genererar kraftfulla skjuvflöden som kan driva solens magnetfält.

"Rotationsband som härstammar från magnetiska strukturella förändringar nära solens takoklin kan ta flera år för att sprida sig till ytan," beskriver Mandal. "Att följa dessa interna förändringar ger oss en tydligare bild av hur solcykeln utvecklas." Den avslöjade korrelationen mellan flödesmönstren över alla tre instrumenten och i vilken grad de matchar solfläckarnas migration på ytan visar en tydlig koppling mellan dynamiken i  solens inre och solaktivitet på global nivå.

"I åratal misstänkte vi att takoklinen var viktigt för soldynamon  nu har vi tydliga observationsbevis," beskriver Mandal.

Studien, Helioseismic Evidence that the Solar Dynamo Originates Near the Tachocline, publicerad i Nature stöddes med finansiering från NASA, inklusive ett bidrag "Consequences Of Fields and Flows in the Interior and Exterior of the Sun" från NASA DRIVE Science Center vilket är ett samarbete mellan 13 amerikanska universitet och forskningscentra där NJIT  är bland bidragande institutioner.