Versnelling en transport van deeltjes nabij een 3D CME-aangedreven schokgolf

Parker Solar Probe (PSP) en Solar Orbiter (SolO) hebben een unieke kans geboden om de versnelling en het transport van zonne-energetische deeltjes (SEP) te onderzoeken nabij de zon, zowel binnen en buiten het eclipticavlak. Om de waarnemingen van deze ruimtesondes beter te begrijpen, breiden we het zogenaamde `improved Particle Acceleration and Transport in the Heliosphere’ (iPATH) model uit om de deeltjesversnelling en transport te bestuderen nabij de driedimensionale (3D) schokgolven aangedreven door zogenaamde coronale massa ejecties (CMEs). We modelleren de voortplanting van deze schokgolven in een realistische zonnewind vanaf het zonsoppervlak tot 2 AE met behulp van verschillende coronale en heliosferische magnetohydrodynamische (MHD) modellen, waaronder het European Heliospheric Forecasting Information Asset (EUHFORIA) en het Alfvén Wave Solar Model (AWSoM). Schokparameters worden op verschillende tijdstippen aan het schokfront verkregen en deeltjes worden versneld via een diffuus schokversnellingsmechanisme. We breiden het 2D-schaalmodel uit tot een realistisch 3D-schaalmodel dat is samengesteld uit meerdere kleine cellen. Convectie en diffusie binnen het schokcomplex worden behandeld in dit schaalmodel. Zodra de energetische deeltjes aan de schokgolf ontsnappen, simuleren we de voortplanting van deeltjes in de 3D-heliosfeer op basis van een transportvergelijking. In het iPATH-3D model worden intensiteitsprofielen en deeltjesspectra verkregen op meerdere locaties zowel binnen en buiten het eclipticavlak. We bestuderen ook de pitch-hoek-afhankelijke intensiteitsprofielen en het deeltjes transport met een niet-isotrope loodrechte diffusie. Om dit nieuwe model te valideren, simuleren we verschillende grote SEP-gebeurtenissen via een combinatie van het AWSoM/EUHFORIA en het iPATH-3D model. We vergelijken deze simulaties met waarnemingen van meerdere ruimtevaartuigen. Het iPATH-3D model heeft de unieke mogelijkheid om samen met de moderne MHD-modellen de deeltjesversnelling en -transport in de binnenste heliosfeer te bestuderen en heeft tot doel een praktisch ruimteweerinstrument te zijn voor de op fysica gebaseerde SEP-voorspelling.