[論文レビュー] Evidence of the Solar EUV hot channel as a magnetic flux rope from remote-sensing and in-situ observations

Song, Hongqiang, Chen, Yao+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2015

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 37

ひとこと要約

本研究では、太陽のEUV熱通道（HC）が低層コロナで磁気フラックスロープ（MFR）である強力な観測的証拠を提示している。これは、爆発前のHCと、ACEで検出された宇宙空間における磁気雲（MC）との一致を示すものである。複数点の遠隔観測（SDO/AIA、STEREO/EUVI、COR）と、直接観測（ACE）の結果を統合し、MCが低イオン化状態の中心部と高イオン化状態の外層を持つことが判明。これは、爆発前のHCの高温構造と磁気再結合による成長と一致し、HCがMFRであることを確認した。

ABSTRACT

Hot channels (HCs), high temperature erupting structures in the lower corona of the Sun, have been proposed as a proxy of magnetic flux ropes (MFRs) since their initial discovery. However, it is difficult to make definitive proof given the fact that there is no direct measurement of magnetic field in the corona. An alternative way is to use the magnetic field measurement in the solar wind from in-situ instruments. On 2012 July 12, an HC was observed prior to and during a coronal mass ejection (CME) by the AIA high-temperature images. The HC is invisible in the EUVI low-temperature images, which only show the cooler leading front (LF). However, both the LF and an ejecta can be observed in the coronagraphic images. These are consistent with the high temperature and high density of the HC and support that the ejecta is the erupted HC. In the meanwhile, the associated CME shock was identified ahead of the ejecta and the sheath through the COR2 images, and the corresponding ICME was detected by extit{ACE}, showing the shock, sheath and magnetic cloud (MC) sequentially, which agrees with the coronagraphic observations. Further, the MC contained a low-ionization-state center and a high-ionization-state shell, consistent with the pre-existing HC observation and its growth through magnetic reconnection. All of these observations support that the MC detected near the Earth is the counterpart of the erupted HC in the corona for this event. Therefore, our study provides strong observational evidence of the HC as an MFR.

研究の動機と目的

• 直接的なコロナ磁場測定が不可能な状況において、低層コロナにおける熱通道（HC）が磁気フラックスロープ（MFR）である観測的証拠を確立すること。
• 噴出するHCの宇宙空間における進化を、宇宙空間における類似構造の同定によって調査すること。
• ACEで検出された磁気雲（MC）が、地上で観測された噴出HCに対応しているかどうかを、複数の機器を用いて特定すること。
• MC内の鉄のイオン化状態を分析し、熱履歴を推定し、HC-MFRの関係を確認すること。

提案手法

• 爆発前の熱通道（HC）とその熱的進化を特定するため、SDO/AIA（131 Å、171 Å）の高時間分解能EUV画像を用いた。
• STEREO/AおよびB（EUVIおよびCOR）の遠隔観測を統合し、HCの噴出および関連するCMEが太陽から15 R⊙まで追跡された。
• ACE（MAG、SWEPAM、SWICS）の直接観測データを分析し、宇宙空間における衝撃波、シェーシュ、磁気雲（MC）構造を特定した。
• 微分発光関数（DEM）モデリングを用いて、HCの初期温度（約5 MK）を推定し、その熱的進化を追跡した。
• MC内の鉄イオンの酸化状態を検討し、温度構造を推定した。中心部は低イオン化状態（Fe ~10.5+）、外層は高イオン化状態（+12を超える）。
• COR2画像で観測されたCME衝撃波およびシェーシュ構造と、HCの空間的・時間的進化を照合し、ICMEの起源を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 直接的なコロナ磁場測定ができない状況において、低層コロナの熱通道（HC）は磁気フラックスロープ（MFR）であるか？
• RQ2 ACEで検出された宇宙空間の磁気雲（MC）は、地上で観測された噴出HCに対応しているか？
• RQ3 MCの熱的およびイオン化状態構造は、爆発前のHCの性質と再結合による加熱によって説明可能か？
• RQ4 MCの低イオン化状態中心部が、事前に存在したHC由来であるという証拠は何か？
• RQ5 HCがMCへと進化する過程が、HCのMFR特性をどのように裏付けるか？

主な発見

• 爆発前にAIA 131 Å画像で熱通道（HC）が観測され、温度は約5 MKであり、低層コロナに高温構造が存在することを示した。
• HCは冷却されたEUVI 171 Å画像では見えず、代わりに噴出前方に冷却された先頭前線（LF）が観測された。これは、HCの高温および高密度性と一致した。
• コロナグラフ（COR）画像では、LFと噴出物の両方が観測され、噴出物がHCそのものであり、CME衝撃波およびシェーシュと関連していた。
• ACEで検出されたICMEは、磁気雲（MC）を示し、低イオン化状態中心部（Fe ~10.5+）と高イオン化状態外層（+12を超える）を持つ。これは、爆発前のHCの熱的構造と一致した。
• MCで観測されたイオン化状態分布は、事前に存在したHCが磁気再結合によって成長し、『玉ねぎ』のように熱いプラズマ層を追加することで進化し、MCへと変容したというシナリオを支持した。
• ICMEの前方にコロタティング相互作用領域（CIR）が存在しなかったため、自由に膨張・冷却され、明確なMCが形成された。これにより、HC-MFRの関係が確認された。