The Astrophysical Journal (Jan 2024)
Exploring the Coronal Magnetic Field with Galactic Cosmic Rays: The Sun Shadow Observed by HAWC
- R. Alfaro,
- C. Alvarez,
- J. C. Arteaga-Velázquez,
- K. P. Arunbabu,
- D. Avila Rojas,
- R. Babu,
- E. Belmont-Moreno,
- K. S. Caballero-Mora,
- T. Capistrán,
- A. Carramiñana,
- S. Casanova,
- P. Colín-Farias,
- U. Cotti,
- J. Cotzomi,
- S. Coutiño de León,
- E. De la Fuente,
- C. de León,
- D. Depaoli,
- R. Diaz Hernandez,
- J. C. Díaz-Vélez,
- M. Durocher,
- M. A. DuVernois,
- K. Engel,
- C. Espinoza,
- K. L. Fan,
- N. Fraija,
- J. A. García-González,
- F. Garfias,
- A. Gonzalez Muñoz,
- M. M. González,
- J. A. Goodman,
- J. P. Harding,
- D. Huang,
- F. Hueyotl-Zahuantitla,
- A. Iriarte,
- S. Kaufmann,
- A. Lara,
- J. Lee,
- H. León Vargas,
- A. L. Longinotti,
- G. Luis-Raya,
- K. Malone,
- O. Martinez,
- J. Martínez-Castro,
- J. A. Matthews,
- P. Miranda-Romagnoli,
- E. Moreno,
- M. Mostafá,
- A. Nayerhoda,
- L. Nellen,
- T. Niembro,
- R. Noriega-Papaqui,
- N. Omodei,
- E. G. Pérez-Pérez,
- C. D. Rho,
- D. Rosa-González,
- E. Ruiz-Velasco,
- J. Ryan,
- H. Salazar,
- D. Salazar-Gallegos,
- A. Sandoval,
- J. Serna-Franco,
- A. J. Smith,
- Y. Son,
- R. W. Springer,
- O. Tibolla,
- K. Tollefson,
- I. Torres,
- R. Turner,
- F. Ureña-Mena,
- E. Varela,
- L. Villaseñor,
- X. Wang,
- I. J. Watson,
- E. Willox,
- S. Yun-Cárcamo,
- H. Zhou
Affiliations
- R. Alfaro
- Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- C. Alvarez
- Universidad Autónoma de Chiapas , Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, Mexico
- J. C. Arteaga-Velázquez
- Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo , Morelia, Mexico
- K. P. Arunbabu
- School of Environmental Studies, Cochin University of Science and Technology , Cochin 602022, Kerala, India
- D. Avila Rojas
- ORCiD
- Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- R. Babu
- Department of Physics, Michigan Technological University , Houghton, MI, USA
- E. Belmont-Moreno
- ORCiD
- Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- K. S. Caballero-Mora
- ORCiD
- Universidad Autónoma de Chiapas , Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, Mexico
- T. Capistrán
- Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- A. Carramiñana
- ORCiD
- Instituto Nacional de Astrofísica , Óptica y Electrónica, Puebla, Mexico
- S. Casanova
- Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences , PL-31342 IFJ-PAN, Krakow, Poland
- P. Colín-Farias
- ORCiD
- Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico ; [email protected] [email protected]; Posgrado en Ciencias de la Tierra, Universidad Nacional Autónoma de Mexico , Ciudad de Mexico, Mexico
- U. Cotti
- Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo , Morelia, Mexico
- J. Cotzomi
- Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla , Puebla, Mexico
- S. Coutiño de León
- ORCiD
- Department of Physics, University of Wisconsin-Madison , Madison, WI, USA
- E. De la Fuente
- Departamento de Física, Centro Universitario de Ciencias Exactase Ingenierias , Universidad de Guadalajara, Guadalajara, Mexico
- C. de León
- Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo , Morelia, Mexico
- D. Depaoli
- Max-Planck Institute for Nuclear Physics , 69117 Heidelberg, Germany
- R. Diaz Hernandez
- Department of Physics, University of Wisconsin-Madison , Madison, WI, USA
- J. C. Díaz-Vélez
- Department of Physics, University of Wisconsin-Madison , Madison, WI, USA
- M. Durocher
- ORCiD
- Instituto Nacional de Astrofísica , Óptica y Electrónica, Puebla, Mexico; Physics Division, Los Alamos National Laboratory , Los Alamos, NM, USA
- M. A. DuVernois
- Department of Physics, University of Wisconsin-Madison , Madison, WI, USA
- K. Engel
- ORCiD
- Department of Physics, University of Maryland , College Park, MD, USA
- C. Espinoza
- ORCiD
- Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- K. L. Fan
- ORCiD
- Department of Physics, University of Maryland , College Park, MD, USA
- N. Fraija
- Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- J. A. García-González
- ORCiD
- Tecnologico de Monterrey , Escuela de Ingeniería y Ciencias, Ave. Eugenio Garza Sada 2501, Monterrey, N.L., 64849, Mexico
- F. Garfias
- Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- A. Gonzalez Muñoz
- Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- M. M. González
- Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- J. A. Goodman
- Department of Physics, University of Maryland , College Park, MD, USA
- J. P. Harding
- Physics Division, Los Alamos National Laboratory , Los Alamos, NM, USA
- D. Huang
- Department of Physics, University of Maryland , College Park, MD, USA
- F. Hueyotl-Zahuantitla
- Universidad Autónoma de Chiapas , Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, Mexico
- A. Iriarte
- Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- S. Kaufmann
- Universidad Politecnica de Pachuca , Pachuca, Hgo, Mexico
- A. Lara
- Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico ; [email protected] [email protected]
- J. Lee
- University of Seoul , Seoul, Republic of Korea
- H. León Vargas
- ORCiD
- Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- A. L. Longinotti
- ORCiD
- Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- G. Luis-Raya
- ORCiD
- Universidad Politecnica de Pachuca , Pachuca, Hgo, Mexico
- K. Malone
- Space Science and Applications Group , Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM, USA
- O. Martinez
- ORCiD
- Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla , Puebla, Mexico
- J. Martínez-Castro
- Centro de Investigación en Computación, Instituto Politécnico Nacional , México City, Mexico
- J. A. Matthews
- Dept. of Physics and Astronomy, University of New Mexico , Albuquerque, NM, USA
- P. Miranda-Romagnoli
- Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo , Pachuca, Mexico
- E. Moreno
- ORCiD
- Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla , Puebla, Mexico
- M. Mostafá
- ORCiD
- Department of Physics, Temple University , Philadelphia, PA, USA
- A. Nayerhoda
- Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences , PL-31342 IFJ-PAN, Krakow, Poland
- L. Nellen
- ORCiD
- Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de Mexico , Ciudad de Mexico, Mexico
- T. Niembro
- Smithsonian Astrophysical Observatory, Center for Astrophysics ∣ Harvard & Smithsonian , Cambridge, MA 02138, USA
- R. Noriega-Papaqui
- Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo , Pachuca, Mexico
- N. Omodei
- ORCiD
- Department of Physics, Stanford University , Stanford, CA 94305-4060, USA
- E. G. Pérez-Pérez
- Universidad Politecnica de Pachuca , Pachuca, Hgo, Mexico
- C. D. Rho
- ORCiD
- Department of Physics, Sungkyunkwan University , Suwon 16419, Republic of Korea
- D. Rosa-González
- ORCiD
- Instituto Nacional de Astrofísica , Óptica y Electrónica, Puebla, Mexico
- E. Ruiz-Velasco
- Max-Planck Institute for Nuclear Physics , 69117 Heidelberg, Germany
- J. Ryan
- Space Science Center, University of New Hampshire , Durham, NH, USA ; [email protected]
- H. Salazar
- Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla , Puebla, Mexico
- D. Salazar-Gallegos
- Department of Physics and Astronomy, Michigan State University , East Lansing, MI, USA
- A. Sandoval
- Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- J. Serna-Franco
- Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México , Ciudad de Mexico, Mexico
- A. J. Smith
- Department of Physics, University of Maryland , College Park, MD, USA
- Y. Son
- University of Seoul , Seoul, Republic of Korea
- R. W. Springer
- Department of Physics and Astronomy, University of Utah , Salt Lake City, UT, USA
- O. Tibolla
- Universidad Politecnica de Pachuca , Pachuca, Hgo, Mexico
- K. Tollefson
- Department of Physics and Astronomy, Michigan State University , East Lansing, MI, USA
- I. Torres
- ORCiD
- Instituto Nacional de Astrofísica , Óptica y Electrónica, Puebla, Mexico
- R. Turner
- Department of Physics, Michigan Technological University , Houghton, MI, USA
- F. Ureña-Mena
- Instituto Nacional de Astrofísica , Óptica y Electrónica, Puebla, Mexico
- E. Varela
- Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla , Puebla, Mexico
- L. Villaseñor
- Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla , Puebla, Mexico
- X. Wang
- Department of Physics, Michigan Technological University , Houghton, MI, USA
- I. J. Watson
- University of Seoul , Seoul, Republic of Korea
- E. Willox
- Department of Physics, University of Maryland , College Park, MD, USA
- S. Yun-Cárcamo
- Department of Physics, University of Maryland , College Park, MD, USA
- H. Zhou
- Tsung-Dao Lee Institute and School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University , Shanghai, People's Republic of China
- DOI
- https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad3208
- Journal volume & issue
-
Vol. 966,
no. 1
p. 67
Abstract
Galactic cosmic rays (GCRs) are charged particles that reach the heliosphere almost isotropically in a wide energy range. In the inner heliosphere, the GCR flux is modulated by solar activity so that only energetic GCRs reach the lower layers of the solar atmosphere. In this work, we propose that high-energy GCRs can be used to explore the solar magnetic fields at low coronal altitudes. We used GCR data collected by the High-Altitude Water Cherenkov observatory to construct maps of GCR flux coming from the Sun’s sky direction and studied the observed GCR deficit, known as Sun shadow (SS), over a 6 yr period (2016–2021) with a time cadence of 27.3 days. We confirm that the SS is correlated with sunspot number, but we focus on the relationship between the photospheric solar magnetic field measured at different heliolatitudes and the relative GCR deficit at different energies. We found a linear relationship between the relative deficit of GCRs represented by the depth of the SS and the solar magnetic field. This relationship is evident in the observed energy range of 2.5–226 TeV, but is strongest in the range of 12.4 33.4 TeV, which implies that this is the best energy range to study the evolution of magnetic fields in the low solar atmosphere.
Keywords
