Slimane Mzerguat

Coronal plumes are bright, narrow structures rooted in coronal holes (CHs) that contribute to the solar wind. Their composition, particularly elemental fractionation as a function of first ionization potential (FIP), provides diagnostics of plasma properties and magnetic connectivity. Earlier plume studies of fractionation using low-FIP elements reached conflicting conclusions. Intermediate-FIP elements may provide additional diagnostic insights, since their fractionation is thought to involve processes beyond those affecting low-FIP species. We investigate sulfur (intermediate-FIP element) in plumes to assess the presence of fractionation, its evolution and its relation to wave activity. We analysed Solar Orbiter observations of two plumes in an equatorial CH during March–April 2024, using Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) to derive the sulfur-to-nitrogen ratio. Extreme ultraviolet (EUV) imaging and magnetograms provided additional context. Data were processed with the open-source Python tool Spectral Analysis, Fitting Framework, Reduction Of Noise (SAFFRON). Both plumes showed sulfur fractionation that remained constant within uncertainties. The fractionated plasma was co-located with strong magnetic footpoints, in contrast with the surrounding inter-plume plasma. These results provide the evidence for sulfur fractionation in plumes and suggest, consistent with the ponderomotive force model, wave dynamics in the chromosphere as a driver. This article is part of the Theo Murphy meeting issue ‘Solar atmospheric abundances in space and time’.

Évolution des structures transitoires dans la couronne solaire et de leur composition : une étude multi-instruments avec Solar Orbiter: La composition du plasma est un puissant outil de diagnostic pour comprendre la couronne solaire et relier les observations à distance aux mesures in situ du vent solaire. Au-dessus de la région de transition, les abondances élémentaires diffèrent des valeurs photosphériques en raison de l'effet de premier potentiel d'ionisation (effet FIP) : les éléments à faible FIP (FIP < 10 eV) sont généralement enrichis d'un facteur d'environ 3-4 dans la couronne et le vent solaire, tandis que les éléments à forte FIP restent proches des niveaux photosphériques. Une explication proposée pour ce biais est la force pondéromotrice qui apparaît près du sommet de la chromosphère en raison du gradient de la densité d'énergie des ondes d'Alfvén. Cette thèse se concentre sur les éléments à FIP intermédiaire (FIP ≃ 10 eV), en particulier le soufre (10,36 eV), dont la fractionation peut imiter un comportement de faible ou de forte FIP selon la topologie magnétique et la profondeur de pénétration des ondes d'Alfvén dans la chromosphère. Grâce à la spectroscopie en EUV avec Solar Orbiter/SPICE, je réalise l'une des premières mesures à distance du biais FIP du soufre dans différentes structures solaires et compare les résultats aux prédictions du modèle de force pondéromotrice. À cette fin, j'ai développé SAFFRON, un outil Python open-source adapté aux données SPICE niveau-2 qui assure la suppression des rayons cosmiques, un moyennage adaptatif, des ajustements multi-gaussiens contraints, la propagation des incertitudes et le calcul de cartes de biais FIP, avec une structure adaptée aussi bien aux analyses automatisées à grande échelle qu'aux études fines. Appliqué aux panaches (plumes) coronaux — structures brillantes et magnétiquement ouvertes, que l'on trouve dans les trous coronaux et contribuant au vent rapide — le soufre apparaît enrichi dans la région de transition à la base des panaches, en accord avec les modèles où la formation et le maintien des panaches favorisent aussi la fractionation à FIP intermédiaire via la force pondéromotrice. Dans les régions actives, en revanche, l'interprétation du biais FIP du soufre est plus délicate : autour de ∼0.1 MK, le plasma se situe souvent dans un régime où les diagnostics soufre-azote sont fortement sensibles à la densité, ce qui accroît les incertitudes. Je quantifie cette sensibilité et propose des stratégies pratiques, intégrant des contraintes de densité indépendantes, pour récupérer de manière robuste la composition dans des milieux denses. Dans l'ensemble, ces résultats font progresser notre compréhension de la variabilité de la composition et établissent les diagnostics à FIP intermédiaire — ainsi que, plus largement, les mesures de biais FIP — comme indicateurs de l'activité de la région de transition et de la couronne et comme sondes des ondes d'Alfvén au chromosphérique, fournissant des tests observationnels de la fractionation induite par les ondes dans la basse atmosphère solaire. Pour l'avenir, les phases haute latitude de Solar Orbiter seront déterminantes : notre travail prépare le terrain pour les observations SPICE et l'analyse des trous coronaux polaires, offrant davantage d'occasions de sonder la composition de leurs sous-structures et d'affiner nos conclusions. Tout aussi essentielles sont des campagnes multi-instruments coordonnées pour contraindre les paramètres de la fractionation : la combinaison d'observations à haute cadence de l'activité des ondes au chromosphère et des champs magnétiques photosphériques (p. ex. spectropolarimétrie avec DKIST ou GST) avec des mesures de composition par spectrographes EUV embarqués tels que SPICE, Hinode/EIS et Solar-C/EUVST permettra des comparaisons directes de l'activité ondulatoire et la topologie magnétique chromosphériques avec le biais FIP mesuré au-dessus de la chromosphère.

Context. Plasma upflows with a Doppler shift exceeding −10 km s⁻¹ at active region (AR) boundaries are considered potential sources of the nascent slow solar wind. These upflows are often located at the footpoints of large-scale fan-like loops and show temperature-dependent Doppler shifts with redshifts in the transition region and blueshifts in the lower corona. Aims. We investigate the driving mechanisms of a pair of coronal upflow regions on the western and eastern peripheries of an AR, which have different magnetic topologies and surroundings. It is aimed to explore how these upflows couple to the lower atmosphere. Methods. Using observations of the Fe XII 19.51 nm line from Hinode, we identified two upflow regions at the western and eastern boundaries of a decaying AR. Context images for the two regions were obtained by the High Resolution Imager (HRI) telescope of the Extreme Ultraviolet Imager (EUI) on board the Solar Orbiter mission. Other instruments on Solar Orbiter and other observatories provide diagnostics to the lower atmosphere. Potential Field Source Surface (PFSS) extrapolations were used to examine the magnetic field configuration associated with the AR upflows. Results. The eastern upflow region, located over the AR moss, displays small-scale dynamic fibril structures, whereas the western region hosts fan-like loops. We found blueshifted Ne VIII emission at the eastern site, in contrast to redshifted Ne VIII profiles in the west. Magnetic field extrapolations reveal a pseudostreamer topology connecting both these regions. Moreover, low transition-region lines show systematically reduced redshift below the eastern footpoint. Conclusions. The observations support the scenario in which both upflows are driven by pressure imbalances created by coronal reconnection, leading to a continuous upflow above approximately 0.6 MK (i.e., Ne VIII line formation temperature). Meanwhile, mass flows in the lower transition region beneath the eastern upflow region appear to respond passively to the pressure-driven coronal upflows.