Correlation between multiple elves and storm dynamics at the Pierre Auger Observatory
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Date
2024-11-05
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Publisher
Universidad Industrial de Santander
Abstract
Los ELVES son eventos luminosos transitorios (TLEs) que ocurren encima de tormentas eléctricas intensas. La luz, emitida en forma de un anillo que se expande rápidamente en la base de la ionosfera, es generada por el pulso electromagnético de un rayo que se propaga como una onda esférica desde el canal del rayo. Los multi-elves son eventos que consisten en dos y hasta cuatro anillos concéntricos de luz que se expanden sucesivamente con una diferencia temporal de decenas de microsegundos. El Detector de Fluorescencia (FD) del Observatorio Pierre Auger ha estado detectando elves desde 2013. El observatorio fue desarrollado para detectar rayos cósmicos, pero el FD resultó ser un detector extraordinario en la observación de elves en comparación con las cámaras comunes de TLEs. La alta resolución temporal de 100 ns del FD permite un registro detallado de los eventos, proporcionando una descripción completa de la evolución espacial y temporal de los mismos. En esta investigación, mejoramos el procesamiento de las trazas de los elves desarrollando un nuevo código. El algoritmo anterior se centraba principalmente en analizar elves simples, mientras que el nuevo código identifica los picos más prominentes en la señal, realiza un ajuste gaussiano para obtener el tiempo promedio de cada pico y calcula la diferencia temporal entre ellos. Gracias a este nuevo enfoque, ahora podemos identificar y reportar elves dobles y triples a una tasa nunca observada antes. Durante el periodo 2014-2020, se detectaron 6737 elves en Auger, de los cuales el 27% son multi-elves. El origen de los multi-elves aún no se comprende completamente, y los mecanismos de producción propuestos incluyen la reflexión en el suelo del pulso electromagnético del rayo y los tiempos de subida y de bajada de los pulsos de las formas de onda del rayo. Gracias a la gran cantidad de datos de Auger, presentamos un número sin precedentes de 63 elves dobles y 30 elves triples en cuatro tormentas distintas en la región de Córdoba, Argentina, para probar los mecanismos propuestos actualmente. Estudiamos los tiempos base de las formas de onda de los rayos (proporcionados por la red Earth Networks) correlacionados con los elves detectados en el FD, y observamos que aquellos correlacionados con elves simples son más cortos que los correlacionados con multi-elves. Además, encontramos una relación lineal entre el tiempo base y la separación temporal de los multi-elves; es decir, a medida que el pulso se ensancha, los anillos de estos eventos se separan más. Además, nuestras observaciones muestran que la diferencia de tiempo entre los anillos no varía al aumentar la distancia de arco entre el punto de emisión en la ionosfera y la ubicación del rayo. Esto contrasta con el mecanismo de rebote del pulso electromagnético, que parece quedar descartado para nuestra muestra. Finalmente, observamos que los elves detectados en el observatorio Auger fueron inducidos por rayos que ocurrieron en las regiones más activas de la tormenta y con las nubes más altas, como se evidenció en las imágenes del satélite GOES-16, sin diferencias claras entre elves simples y multi-elves.
Description
Keywords
Eventos luminosos transitorios, ELVES, Origen de los multi-elves, Alta resolución temporal, Forma de onda de rayos