Abstract
Flare frequency distributions represent a key approach to addressing one of the largest problems in solar and stellar physics: determining the mechanism that counterintuitively heats coronae to temperatures that are orders of magnitude hotter than the corresponding photospheres. It is widely accepted that the magnetic field is responsible for the heating, but there are two competing mechanisms that could explain it: nanoflares or Alfvén waves. To date, neither can be directly observed. Nanoflares are, by definition, extremely small, but their aggregate energy release could represent a substantial heating mechanism, presuming they are sufficiently abundant. One way to test this presumption is via the flare frequency distribution, which describes how often flares of various energies occur. If the slope of the power law fitting the flare frequency distribution is above a critical threshold, α = 2 as established in prior literature, then there should be a sufficient abundance of nanoflares to explain coronal heating. We performed >600 case studies of solar flares, made possible by an unprecedented number of data analysts via three semesters of an undergraduate physics laboratory course. This allowed us to include two crucial, but nontrivial, analysis methods: preflare baseline subtraction and computation of the flare energy, which requires determining flare start and stop times. We aggregated the results of these analyses into a statistical study to determine that α = 1.63 ± 0.03. This is below the critical threshold, suggesting that Alfvén waves are an important driver of coronal heating.
Original language | English (US) |
---|---|
Article number | 71 |
Journal | Astrophysical Journal |
Volume | 948 |
Issue number | 2 |
DOIs | |
State | Published - May 1 2023 |
Externally published | Yes |
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In: Astrophysical Journal, Vol. 948, No. 2, 71, 01.05.2023.
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T1 - Coronal Heating as Determined by the Solar Flare Frequency Distribution Obtained by Aggregating Case Studies
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AU - Sickler, Molly G.
AU - Siles, Nathan
AU - Silvester, H. K.
AU - Simmons, Conor
AU - Simone, Dylan M.
AU - Simone, Anna
AU - Singh, Savi
AU - Singh, Maya A.
AU - Sinkovic, Madeline
AU - Sipowicz, Leo
AU - Sjoroos, Chris
AU - Slocum, Ryan
AU - Slyne, Colin
AU - Smart, Korben
AU - Smith, Alexandra N.
AU - Smith, Kelly
AU - Smith, Corey
AU - Smith, Elena K.
AU - Smith, Samantha M.
AU - Smith, Percy
AU - Smith, Trevor J.
AU - Snyder, G. L.
AU - Soby, Daniel A.
AU - Sohail, Arman S.
AU - Solorio, William J.
AU - Solt, Lincoln
AU - Soon, Caitlin
AU - Spangler, Ava A.
AU - Spicer, Benjamin C.
AU - Srivastava, Ashish
AU - Stamos, Emily
AU - Starbuck, Peter
AU - Stark, Ethan K.
AU - Starling, Travis
AU - Staudenmier, Caitlyn
AU - Steinbarth, Sheen L.
AU - Steinsberger, Christopher H.
AU - Stepaniak, Tyler
AU - Steward, Ellie N.
AU - Stewart, Trey
AU - Stewart, T. C.
AU - Stratmeyer, Cooper N.
AU - Stratton, Grant L.
AU - Stribling, Jordin L.
AU - Sulaiman, S. A.
AU - Sullivan, Brandon J.
AU - Sundell, M. E.
AU - Sur, Sohan N.
AU - Suri, Rohan
AU - Swartz, Jason R.
AU - Sweeney, Joshua D.
AU - Syed, Konner
AU - Szabo, Emi
AU - Szeremeta, Philip
AU - Ta, Michael Tan D.
AU - Tanguma, Nolan C.
AU - Taulman, Kyle
AU - Taylor, Nicole
AU - Taylor, Eleanor
AU - Taylor, Liam C.
AU - Tayman, K. E.
AU - Tellez, Yesica
AU - Terrile, Richard
AU - Tesdahl, Corey D.
AU - Thielmann, Quinn N.
AU - Thoman, Gerig
AU - Thomas, Daniel
AU - Thomas, Jeffrey J.
AU - Thompson, William N.
AU - Thornally, Noah R.
AU - Tobin, Darien P.
AU - Ton, Kelly
AU - Toon, Nathaniel J.
AU - Tran, Kevin
AU - Tran, Bryn
AU - Trank-Greene, Maedee
AU - Trautwein, Emily D.
AU - Traxler, Robert B.
AU - Tressler, Judah
AU - Trofino, Tyson R.
AU - Troisi, Thomas
AU - Trunko, Benjamin L.
AU - Truong, Joshua K.
AU - Tucker, Julia
AU - Umbricht, Thomas D.
AU - Uphoff, C. H.
AU - Upthegrove, Zachary T.
AU - Vadayar, Shreenija
AU - Valencia, Whitney
AU - Vallery, Mia M.
AU - Vanetten, Eleanor
AU - Vann, John D.
AU - Varela, Ilian
AU - Vassilyev, Alexandr
AU - Vaver, Nicholas J.
AU - Velamala, Anjali A.
AU - Vendetti, Evan
AU - Venegas, Nancy Ortiz
AU - Vepa, Aditya V.
AU - Vess, Marcus T.
AU - Veta, Jenna S.
AU - Victory, Andrew
AU - Vinson, Jessica
AU - Vogel, Connor Maklain
AU - Wagoner, Michaela
AU - Wallace, Steven P.
AU - Wallace, Logan
AU - Waller, Caroline
AU - Wang, Jiawei
AU - Warble, Keenan
AU - Ward-Chene, N. R.D.
AU - Watson, James Adam
AU - Weber, Robert J.
AU - Wegner, Aidan B.
AU - Weigand, Anthony A.
AU - Weiner, Amanda M.
AU - West, Ayana
AU - Wexler, Ethan Benjamin
AU - Wheeler, Nicola H.
AU - White, Jamison R.
AU - White, Zachary
AU - White, Oliver S.
AU - Whittall, Lloyd C.
AU - Wilcove, Isaac
AU - Wilkinson, Blake C.
AU - Willard, John S.
AU - Williams, Abigail K.
AU - Williams, Sajan
AU - Wilson, Orion K.
AU - Wilson, Evan M.
AU - Wilson, Timothy R.
AU - Wilson, Connor B.
AU - Witkoff, Briahn
AU - Wolfe, Aubrey M.
AU - Wolle, Jackson R.
AU - Wood, Travis M.
AU - Woodard, Aiden L.
AU - Wootten, Katelynn
AU - Xiao, Catherine
AU - Yang, Jianing
AU - Yang, Zhanchao
AU - Young, Trenton J.
AU - Young, Isabel
AU - Zenner, Thomas
AU - Zhang, Jiaqi
AU - Zhao, Tianwei
AU - Zhao, Tiannie
AU - Zhao, Noah Y.
AU - Zhou, Chongrui
AU - Ziebold, Josh J.
AU - Ziegler, Lucas J.
AU - Zygmunt, James C.
AU - Zhang, Jinhua
AU - Lewandowski, H. J.
N1 - Publisher Copyright: © 2023. The Author(s). Published by the American Astronomical Society.
PY - 2023/5/1
Y1 - 2023/5/1
N2 - Flare frequency distributions represent a key approach to addressing one of the largest problems in solar and stellar physics: determining the mechanism that counterintuitively heats coronae to temperatures that are orders of magnitude hotter than the corresponding photospheres. It is widely accepted that the magnetic field is responsible for the heating, but there are two competing mechanisms that could explain it: nanoflares or Alfvén waves. To date, neither can be directly observed. Nanoflares are, by definition, extremely small, but their aggregate energy release could represent a substantial heating mechanism, presuming they are sufficiently abundant. One way to test this presumption is via the flare frequency distribution, which describes how often flares of various energies occur. If the slope of the power law fitting the flare frequency distribution is above a critical threshold, α = 2 as established in prior literature, then there should be a sufficient abundance of nanoflares to explain coronal heating. We performed >600 case studies of solar flares, made possible by an unprecedented number of data analysts via three semesters of an undergraduate physics laboratory course. This allowed us to include two crucial, but nontrivial, analysis methods: preflare baseline subtraction and computation of the flare energy, which requires determining flare start and stop times. We aggregated the results of these analyses into a statistical study to determine that α = 1.63 ± 0.03. This is below the critical threshold, suggesting that Alfvén waves are an important driver of coronal heating.
AB - Flare frequency distributions represent a key approach to addressing one of the largest problems in solar and stellar physics: determining the mechanism that counterintuitively heats coronae to temperatures that are orders of magnitude hotter than the corresponding photospheres. It is widely accepted that the magnetic field is responsible for the heating, but there are two competing mechanisms that could explain it: nanoflares or Alfvén waves. To date, neither can be directly observed. Nanoflares are, by definition, extremely small, but their aggregate energy release could represent a substantial heating mechanism, presuming they are sufficiently abundant. One way to test this presumption is via the flare frequency distribution, which describes how often flares of various energies occur. If the slope of the power law fitting the flare frequency distribution is above a critical threshold, α = 2 as established in prior literature, then there should be a sufficient abundance of nanoflares to explain coronal heating. We performed >600 case studies of solar flares, made possible by an unprecedented number of data analysts via three semesters of an undergraduate physics laboratory course. This allowed us to include two crucial, but nontrivial, analysis methods: preflare baseline subtraction and computation of the flare energy, which requires determining flare start and stop times. We aggregated the results of these analyses into a statistical study to determine that α = 1.63 ± 0.03. This is below the critical threshold, suggesting that Alfvén waves are an important driver of coronal heating.
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85158869495&partnerID=8YFLogxK
UR - http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=85158869495&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.3847/1538-4357/accc89
DO - 10.3847/1538-4357/accc89
M3 - Article
AN - SCOPUS:85158869495
SN - 0004-637X
VL - 948
JO - Astrophysical Journal
JF - Astrophysical Journal
IS - 2
M1 - 71
ER -