[論文レビュー] DOT tomography of the solar atmosphere. IV. Magnetic patches in internetwork areas

A. G. de Wijn, R. J. Rutten+2 more|ArXiv.org|Jun 13, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 57被引用数 50

ひとこと要約

本研究では、オランダのオープン望遠鏡（DOT）から得られた高分解能のGバンドおよびCa II Hフィルタグレームを用いて、静穏太陽の大気における内部ネットワーク磁気 Bright Points（IBPs）を分析した。その結果、IBPsは平均して約530分（9時間）の長寿命磁気パッチに集積しており、これは局所的な乱流ダイナモによって生成されるのではなく、粒状対流によってメソグランularity境界へと運ばれるものであることを示している。

ABSTRACT

We use G-band and Ca II H image sequences from the Dutch Open Telescope (DOT) to study magnetic elements that appear as bright points in internetwork parts of the quiet solar photosphere and chromosphere. We find that many of these bright points appear recurrently with varying intensity and horizontal motion within longer-lived magnetic patches. We develop an algorithm for detection of the patches and find that all patches identified last much longer than the granulation. The patches outline cell patterns on mesogranular scales, indicating that magnetic flux tubes are advected by granular flows to mesogranular boundaries. Statistical analysis of the emergence and disappearance of the patches points to an average patch lifetime as long as 530+-50 min (about nine hours), which suggests that the magnetic elements constituting strong internetwork fields are not generated by a local turbulent dynamo.

研究の動機と目的

• 静穏太陽光球層および色球層における内部ネットワーク磁気Bright Points（IBPs）の起源と寿命を調査すること。
• IBPsが局所的な乱流ダイナモによって生じるのか、それとも長寿命磁気パッチから運ばれてくるのかを特定すること。
• GバンドおよびCa II Hの同時空間的画像を用いて、IBPsの空間的分布と時間的挙動を定量化すること。
• 観測シーケンスからパッチの寿命を推定するための統計的アルゴリズムを開発・適用すること。

提案手法

• 本研究では、オランダのオープン望遠鏡（DOT）から得られた、時間的に同期し、空間的に一致するGバンドおよびCa II Hフィルタグレームを用い、静穏光球層の内部ネットワーク領域におけるIBPsを特定した。
• 検出アルゴリズムは、反復的なIBP活動に基づいて磁気パッチを同定し、アルゴリズムの限界を補うために視覚的検証を実施した。
• 統計的分析では、3種類の分類を用いた：シーケンス全体にわたって可視であるパッチ（N₁）、シーケンス内に出現・消滅するパッチ（N₂）、端縁で出現または消滅するパッチ（N₃）。
• 寿命分布は指数関数的減衰関数 Dλ(τ) = λe^(-λτ) を用いてモデル化され、λは減衰率パラメータである。
• 各パッチタイプの期待数は、N′ᵢ = N∫pᵢ(τ)Dλ(τ)dτ の形の積分により計算され、pᵢ(τ) はパッチタイプiを観測する確率である。
• 観測された N₁=124, N₂=11, N₃=68 にモデルをフィットさせた結果、λ = 1.9×10⁻³ min⁻¹ が得られ、平均寿命は 1/λ ≈ 530±50 min となった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 内部ネットワーク磁気Bright Points（IBPs）は、局所的な乱流ダイナモによって生じるのか、それとも長寿命磁気パッチから運ばれてくるのか？
• RQ2 静穏太陽の内部ネットワークにおけるIBPsを宿す磁気パッチの典型的な寿命は何か？
• RQ3 IBPsはメソグランularity構造およびスーパークルスターレンジュラー構造に対してどのように空間的に分布しているか？
• RQ4 Ca II HとGバンド画像の両方がIBPsを検出する際に、どの程度相関しているか？
• RQ5 有限の観測期間がある中で、観測シーケンスに統計的手法を適用しても、パッチ寿命を信頼性高く推定できるか？

主な発見

• 磁気IBPsは、平均して530±50分の長寿命パッチに集積しており、これは粒状対流の時標よりはるかに長い。
• 観測されたパッチ寿命は、局所的乱流ダイナモの予測とは一致せず、このようなプロセスでははるかに短命な特徴が生じるべきである。
• パッチはメソグランularity境界に沿って空間的に組織されており、磁気フラックスチューブが粒状対流によってメソグランularityの頂点へと運ばれていることを示している。
• 統計モデルは観測されたパッチ数（N₁=124, N₂=11, N₃=68）を非常に良く再現しており、指数関数的寿命分布の妥当性を支持している。
• Gバンドに比べて、Ca II Hフィルタグレームは、高いコントラストのおかげで孤立したIBPsの検出に優れているが、Gバンドは空間分解能が優れている。
• 本研究の結論として、強い内部ネットワーク磁場は局所的に生成されるのではなく、むしろメソグランularity境界へと運ばれてきた長寿命磁気構造の残渣であるとされた。