[論文レビュー] A 3D Model of AR 11726 Heated by Nanoflares

Joel C. Allred, Adrian Daw+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2018

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、HMI磁気計測データとSDO/AIAコロナルループ観測を用いて、活動領域AR 11726の3次元磁場モデルを構築し、2,848本の磁場線を対象にナノフレア加熱をシミュレートすることで、EUNISおよびEISで観測されたEUV放射を再現した。最良の一致を得るためのナノフレア周波数分布は、q₀ = 1.0×10⁻³ erg cm⁻³ s⁻¹、α = -2.4、β = 1.5、γ = -1.0であり、これは「臨界角」磁気再結合モデルと一致し、閉じたループ内に高温のプラズマ（6 MK以上）が存在することを説明できる。

ABSTRACT

The Extreme Ultraviolet Normal Incidence Spectrograph (EUNIS) and the Hinode/ EUV Imaging Spectrometer (EIS) observed AR 11726 on 2013 April 23. We present intensity images in numerous atomic lines constructed from these observations. These lines are formed over a wide range of temperatures, and we use their relative intensities to constrain a parameterization of nanoflare heating. We construct a 3D model of the magnetic field in this active region by extrapolating the surface magnetic field into the corona and using SDO/AIA images of coronal loops to ensure that extrapolated magnetic field lines co-align with observed coronal loops. We trace 2848 magnetic field lines within the volume of this active region and model how they fill with hot plasma in response to nanoflare heating. We perform a parameter study to determine how the frequency and energy released in nanoflares scale with magnetic field strength and loop length. From our 3D model, we construct synthetic images of the lines observed by EUNIS and EIS and constrain the parameter study by minimizing the difference between the synthetic and observed images.

研究の動機と目的

• EUNISおよびEISによる観測で得られた、活動領域AR 11726の閉じたコロナルループ内に高温のプラズマ（6 MK以上）が存在することを説明すること。
• EUNIS、EIS、SDO/AIA、HMIの複数の機器による観測を用いて、ナノフレア加熱周波数分布を制約すること。
• 表面磁場を外挿することで3次元磁場モデルを構築し、観測されたコロナルループと一致させること。
• 数千本の磁場線にわたるナノフレア加熱に対する反応として、プラズマの温度および密度の時間発展をシミュレートすること。
• 合成された放射と観測された放射強度の差を最小化することで、観測された放射を最もよく再現するコロナ加熱モデルを特定すること。

提案手法

• HMI光球磁場データをコロナに外挿することで、AR 11726の3次元磁場モデルを構築した。
• 活動領域内に2,848本の閉じた磁場線をトレースし、それらをコロナルループの中心として扱った。
• 特徴的なエネルギーE₀を用いた累乗則周波数分布を用いてナノフレア加熱をパラメータ化した：q(E) ∝ E^α × (E/E₀)^β × exp(-E/E₀)^γ。
• 各ループにおけるプラズマ加熱および冷却の流体力学的シミュレーションを行い、時間経過に伴う温度および密度の変化を追跡した。
• 視線方向に原子線（Fe IX–XV、Mg IXなど）の合成放射を投影し、EUNISおよびEISの観測結果と比較した。
• 合成画像と観測画像の差を最小化するためのχ²に類似した指標（d = Σ|I_syn − I_obs|² / (N_i × N_l)）を用い、パラメータを制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AR 11726で観測されたEUV線強度を最もよく再現するナノフレア周波数分布は何か？
• RQ2 この活動領域における加熱率は、磁場強度およびループ長さにどのように依存するか？
• RQ3 観測された高温のプラズマおよび線強度プロファイルと最も整合性の高いコロナ加熱モデルは何か？
• RQ4 AIAのループ形状に制約を加えた3次元磁場モデルは、ナノフレアシミュレーションの現実性をどの程度向上させるか？
• RQ5 最良適合ナノフレアモデル下でのAR 11726における体積加熱および放射測定関数（DEM）の空間分布は何か？

主な発見

• 最良適合ナノフレア周波数分布は、q₀ = 1.0×10⁻³ erg cm⁻³ s⁻¹、α = -2.4、β = 1.5、γ = -1.0であり、合成されたEUNIS/EIS線強度と観測値との差を最小化した。
• 時間平均の加熱率は活動領域の大部分で約10⁷ erg cm⁻² s⁻¹に達し、最も高温の領域ではほぼ2桁多い加熱が行われている。
• 放射測定関数（DEM）は3.3 MKでピークを示し、対数-対数空間で傾きが-9となる。10 MKでの放射はピーク付近に比べて約5桁弱い。
• DEMの傾きはWarrenら（2012）の結果と整合的だが、FOXSI-2 X線観測からIshikawaら（2017）が得た-12の傾きよりも急である。
• 加熱率はB¹·⁵およびL⁻¹に比例しており、これは「臨界角」磁気再結合モデル（Parker, 1988; Berger, 1993）と整合的である。
• 本モデルは観測されたAIA 193および94 Åチャンネル画像を良好に再現しており、合成放射の多波長観測との整合性が確認された。