Precursor mechanisms of solar Flares : validation of the Flare Anticipation Index (FAI) through soft X-ray observations
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Resumen
Esta tesis investiga la validez física y estadística del Índice de Anticipación de Fulfuraciones Solares (FAI) como métrica de alerta temprana para erupciones solares, utilizando observaciones de rayos X suaves del satélite GOES/XRS que abarcan casi cinco décadas. El objetivo principal de este trabajo es evaluar si los parámetros térmicos del plasma previos a la fulguración, específicamente la temperatura y las mediciones de emisión, contienen información fiable sobre la evolución posterior de la erupción y pueden utilizarse para anticipar erupciones de intensidad moderada y alta.
El estudio combina una revisión de los mecanismos físicos propuestos detrás del calentamiento previo a la erupción con un análisis estadístico exhaustivo de datos históricos del GOES. Identificamos sistemáticamente los valores de FAI asociados a erupciones de diferentes clases del GOES, evaluamos el rendimiento de múltiples configuraciones de parámetros de FAI y comparamos los resultados con estudios previos de Hudson [2025] y Telikicherla et al. [2025].
Nuestro análisis confirma que se produce una evolución térmica significativa durante las fases previas a la fulguración y temprana, comenzando antes del inicio de la erupción oficialmente definido y continuando hasta el pico de la misma. Tanto la temperatura como las mediciones de emisiones presentan aumentos sistemáticos que se correlacionan con la magnitud final de la fulguración, lo que respalda la base física del FAI y el marco de los Eventos Precursores de Inicio Caliente (HOPE).
Un hallazgo clave es la dependencia del rendimiento del FAI de la elección de los umbrales térmicos, en particular del aumento mínimo de la medición de emisiones, ∆EM. Los umbrales más bajos mejoran la detección temprana y el tiempo de anticipación, pero aumentan las tasas de falsas alarmas, mientras que los umbrales más altos priorizan las alertas robustas para las llamaradas energéticamente relevantes, filtrando eficazmente los eventos débiles. El ajuste de parámetros también influye en la sincronización de las alertas, lo que demuestra un equilibrio entre la duración de la anticipación y la fiabilidad.
En general, el FAI demuestra ser un índice simple, con motivación física y estadísticamente robusto, capaz de capturar las firmas térmicas tempranas de las erupciones solares. Estos resultados refuerzan el potencial de los diagnósticos térmicos basados en el inicio para mejorar la predicción inmediata operativa de las erupciones y motivan futuros estudios que combinen observaciones del GOES a largo plazo con mediciones con resolución espectral y enfoques basados en datos. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
This thesis investigates the physical and statistical validity of the Flare Anticipation Index (FAI) as an early warning metric for solar flares, using soft X-ray observations from the GOES/XRS satellite spanning nearly five decades. The main goal of this work is to assess whether preflare thermal plasma parameters, specifically temperature and emission measure, contain reliable information about subsequent flare evolution and can be used to anticipate flares of moderate and high intensity.
The study combines a review of the proposed physical mechanisms behind preflare heating with a comprehensive statistical analysis of historical GOES data. We systematically identify FAI values associated with flares of different GOES classes, evaluate the performance of multiple FAI parameter configurations, and compare the results with previous studies by Hudson [2025] and Telikicherla et al. [2025].
Our analysis confirms that significant thermal evolution occurs during the preflare and early flare phases, beginning and continuing up to the flare peak. Both temperature and emission measure exhibit systematic increases that correlate with the eventual flare magnitude, supporting the physical basis of the FAI and the framework of Hot Onset Precursor Events (HOPE).
A key finding is the dependence of FAI performance on the choice of thermal thresholds, particularly the minimum emission measure increase, ∆EM. Lower thresholds enhance early detection and lead time but increase false alarm rates, while higher thresholds prioritize robust alerts for energetically relevant flares, effectively filtering out weak events. Parameter tuning also influences the timing of alerts, demonstrating a trade off between anticipation duration and reliability.
Overall, the FAI proves to be a simple, physically motivated, and statistically robust index capable of capturing early thermal signatures of solar flares. These results reinforce the potential of onset-based thermal diagnostics for improving operational flare nowcasting and motivate future studies that combine long-term GOES observations with spectrally resolved measurements and data-driven approaches. The codes used in this work are publicly available, enabling reproducibility and further development by the solar physics community.
Descripción
ilustraciones a color, diagramas, fotografías