[論文レビュー] A persistent quiet-Sun small-scale tornado III. Waves

Tziotziou, Kostas, Tsiropoula, Georgia+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2020

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 21

ひとこと要約

本研究は、SST/CRISPから得られた高分解能HαおよびCa ii 8542 Å時間系列を用いて、持続的で静穏な光球層渦流内の波動ダイナミクスを調査している。上向きに伝播する高速ねじり波（20–30 km s⁻¹）と局所的トロスォナルアルヴェーン波が同定され、遷移層での波の反射によって生じる可能性のある定常波パターンの証拠が得られた。これは、渦流がコロナ層およびコロナ層のエネルギー輸送のための伝搬路として機能している可能性を示唆している。

ABSTRACT

Vortex flows can foster a variety of wave modes. A recent oscillatory analysis of a persistent 1.7 h vortex flow with a significant substructure has suggested the existence of various types of waves within it. We investigate the nature and characteristics of waves within this quiet-Sun vortex flow to better understand its physics and dynamics. We used a cross-wavelet spectral analysis between pairs of Ha and Ca II 8542 intensity time series at different wavelengths and, hence, atmospheric heights, acquired with CRISP/SST, as well as the derived Ha Doppler velocity and full width at half maximum (FWHM) time series. We constructed halftone frequency-phase difference plots and investigated the existence and propagation characteristics of different wave modes. Our analysis suggests the existence of upwards propagating Alfvenic type waves with phase speeds of ~20-30 km/s. The dominant wave mode seems to be the fast kink wave mode; however, our analysis also suggests the existence of localised Alfvenic torsional waves related to the dynamics of individual chromospheric swirls that characterise the substructure of the vortex flow. The Ha V-I phase difference analysis seems to imply the existence of a standing wave pattern possibly arising from the interference of upwards propagating kink waves with downwards propagating ones that are reflected at the transition region or the corona. Moreover, the results provide further evidence that the central chromospheric swirl drives the dynamics of the vortex flow. This is the first exhaustive phase difference analysis within a vortex flow that explores the nature and dynamics of different wave modes within it. The questions, however, of whether, and how, the dissipation of the derived wave modes occurs and if vortex flows ultimately play a role in the energy budget of the upper layers of the solar atmosphere remain open.

研究の動機と目的

• 持続的で静穏な光球層渦流内における波動モードの性質とダイナミクスを理解すること。
• 複数の大気層に跨る波動の伝播特性および位相差関係を特定すること。
• 渦流内の波動モードが太陽大気におけるエネルギー輸送および加熱に寄与するかどうかを調査すること。
• 個々のコロナ層渦流が、渦構造内での波動活動を駆動する役割を検討すること。

提案手法

• スウェーデン太陽望遠鏡におけるCRISP観測から得られたHαおよびCa ii 8542 Å強度時間系列の間で、異なる大気高度におけるクロスウェーブレットスペクトル解析を実施した。
• SST/CRISP観測から得られたドップラー速度およびFWHM時間系列を用いた。
• 半透明な周波数-位相差プロットを作成して、波動の伝播および干渉パターンを分析した。
• 異なる大気層間での位相差を比較し、波動モードの種別および伝播方向を推定した。
• 振動解析手法を適用して、渦構造内における波動モードの同定およびそのコherenecyを評価した。
• 遷移層またはコロナでの波の反射および定常波形成に及ぼす位相差の意味を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 持続的で静穏な光球層渦流内に存在するMHD波動モードの種類は何か？
• RQ2 波動モードはどのようにコロナ層を通過し、上層太陽大気に伝播するか？
• RQ3 Hα最小強度領域に観測された定常波パターンの起源は何か？
• RQ4 個々のコロナ層渦流は、局所的トロスォナルアルヴェーン波活動にどの程度寄与しているか？
• RQ5 波の反射および干渉パターンは、波動エネルギーの輸送および散逸にどのように影響するか？

主な発見

• 高速ねじり波モードは、コロナ層を約20–30 km s⁻¹の位相速度で上向きに伝播する。
• 局所的トロスォナルアルヴェーン波は、個々のコロナ層渦流に関連しており、局所的エネルギー移動を示唆している。
• Hα V-I位相差解析から定常波パターンが推定され、上向きおよび下向きに伝播するねじり波の干渉によって生じると考えられる。
• 観測された定常波パターンの形成には、遷移層またはコロナでの波の反射が関与している可能性がある。
• 中心のコロナ層渦流が、渦流のダイナミクスおよび関連波動活動の主な駆動要因であると特定された。
• 結果から、渦構造がアルヴェーン波および磁気音響波の波ガイドとして機能し、コロナ層およびコロナ層の加熱に寄与する可能性があることが示唆された。