[論文レビュー] ADAS analysis of the differential emission measure structure of the inner solar corona. II. A study of the `quiet Sun' inhomogeneities from SOHO CDS-NIS spectra

A. C. Lanzafame, David H. Brooks+1 more|ArXiv.org|Dec 6, 2004

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 26被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、静穏太陽コロナ領域のSOHO/CDS-NISスペクトルに微分発光度（DEM）解析を適用し、高分解能の空間およびスペクトルデータを用いてプラズマの温度構造とイオン化平衡状態を評価した。その結果、2×80 arcsec²の小領域間でDEM形状は一貫しており、低電子密度（<2×10⁷ cm⁻³）および高降下速度（>50 km s⁻¹）の領域ではイオン化平衡からの逸脱が示唆され、局所的な領域ではDEMの信頼性が損なわれるが、大規模な平均値は依然として頑健であることがわかった。

ABSTRACT

We present a study of the differential emission measure (DEM) of a `quiet Sun' area observed in the extreme ultraviolet at normal incidence by the Coronal Diagnostic Spectrometer (CDS) on the SOHO spacecraft. The data used for this work were taken using the NISAT_S observing sequence. This takes the full wavelength ranges from both the NIS channels (308-381 Angtr. and 513-633 Angst.) with the 2 arcsec by 240 arcsec slit, which is the narrowest slit available, yielding the best spectral resolution. In this work we contrast the DEM from subregions of 2 by 80 arcsec$^2$ with that obtained from the mean spectrum of the whole raster (20 by 240 arcsec$^2$). We find that the DEM maintains essentially the same shape in the subregions, differing by a constant factor between 0.5 and 2 from the mean DEM, except in areas were the electron density is below $2 imes 10^7$ cm$^{-3}$ and downflow velocities of 50 km/s are found in the transition region. Such areas are likely to contain plasma departing from ionisation equilibrium, violating the basic assumptions underlying the DEM method. The comparison between lines of Li-like and Be-like ions may provide further evidence of departure from ionisation equilibrium. We find also that line intensities tend to be lower where velocities of the order of 30 km/s or higher are measured in transition region lines. The DEM analysis is also exploited to improve the line identification performed by Brooks et al (1999) and to investigate possible elemental abundance variations from region to region. We find that the plasma has composition close to photospheric in all the subregions examined.

研究の動機と目的

• プラズマの不均一性が生じる状況下における、内側太陽コロナにおける微分発光度（DEM）解析の信頼性を評価すること。
• 静穏太陽領域において、イオン化平衡からの逸脱がDEMで得られる温度分布に与える影響を調査すること。
• 空間的不均一性がDEM再構築およびスペクトル線強度測定に与える影響を評価すること。
• 高分解能CDS-NISデータを用いてスペクトル線の同定を改善し、元素組成を評価すること。
• DEM結果の乖離を引き起こす主な要因が、解像度の不足による不均一性か、原子データの不正確さかを特定すること。

提案手法

• ADASが密度依存のイオン化および励起係数を組み込んだ状態で、スペクトル線強度を逆問題としてDEM分布に変換するため、データ適応平滑化（DAS）を適用した。
• 2×240 arcsec²のラスタと2×80 arcsec²のサブ領域を用いたSOHO/CDS-NIS 2011観測系列を用い、高スペクトルおよび高空間分解能を実現した。
• 全20×240 arcsec²ラスタからの平均DEMと、個々の2×80 arcsec²セグメントからのDEMを比較し、空間的一致性を評価した。
• 遷移領域線における電子密度閾値（<2×10⁷ cm⁻³）および降下速度（>50 km s⁻¹）を用いて、イオン化平衡の有効性を評価した。
• Li様イオンとBe様イオンの線対（例：Mg x と Mg ix）を比較することで、イオン化非平衡状態を検出する分析を実施した。
• 太陽の光球組成を基準として、各元素の複数の線を用いて元素組成を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 静穏太陽コロナにおいて、微小な空間的サブ領域間で微分発光度（DEM）構造は一貫しているか？
• RQ2 遷移領域における低電子密度および高降下速度が、イオン化平衡からの逸脱を示唆する程度はどの程度か？
• RQ3 遷移領域線における線強度の乖離は、測定された速度とどの程度相関しているか？
• RQ4 Li様（例：Mg x, Al xi）とBe様（例：Mg ix, Al x）イオンの線を比較することで、イオン化非平衡状態の証拠を特定できるか？
• RQ5 原子データの不確実性または解像度の不足による不均一性が、DEMおよび組成推定に与える影響はどの程度か？

主な発見

• 2×80 arcsec²サブ領域間でDEM形状は一貫しており、平均DEMから定数倍（0.5–2）の差異しか認めないため、温度構造が安定していることが示された。
• 電子密度が2×10⁷ cm⁻³未満で降下速度が50 km s⁻¹を超える領域では、DEM再構築の不確実性が高まり、プラズマがイオン化平衡から逸脱していることが示唆された。
• 遷移領域線において速度が30 km s⁻¹以上である領域では、線強度が系的に低く測定され、動的なプラズマ状態が示唆された。
• Li様イオン（例：Mg x, Al xi）とBe様イオン（例：Mg ix, Al x）の比較から、平衡状態に比べてLi様イオンの過剰な存在が系統的に認められ、イオン化非平衡状態の証拠が得られた。
• Al xおよびCa x線のみを用いると組成は光球組成の約4倍となるが、表1に示すすべての線を含めると、サブ領域全体で光球組成が確認された。
• 密度感受性線（例：O iv, Ne vi, Mg vi, Si x, Mg vii）の乖離は、原子データの不正確さに起因すると考えられ、これが二変量DEM解析の信頼性を損なう要因となっている。