[論文レビュー] Extreme-ultraviolet Late Phase in Homologous Solar Flares from a Complex Active Region

Ying Zhong, Yu Dai+1 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 68被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、太陽表面活動領域 NOAA 11283 に発生した6つの同型フレアを用い、SDOデータを用いて極端紫外線遅延発光（ELP）を調査した。その結果、最初のフレアではELPの起源が追加加熱に起因するが、以降のフレアでは長期間にわたる冷却に起因するよう変化することが判明した。フレアリーブンの放射能とELPピーク強度の間には正の相関関係が認められ、フレアF3～F6では冷却が支配的メカニズムであることを支持する。磁場の進化と再結合トポロジーが、この遷移を説明するものであり、限定的フレアF6では異常に強いELPが観測された。

ABSTRACT

Recent observations in extreme-ultraviolet (EUV) wavelengths reveal a new late phase in some solar flares, which is seen as a second peak in warm coronal emissions ($\sim3$ MK) several tens of minutes to a few hours after the soft X-ray (SXR) peak. The origin of the EUV late phase (ELP) is explained by either a long-lasting cooling process in the long ELP loops, or a delayed energy ejection into the ELP loops well after the main flare heating. Using the observations with the \emph{Solar Dynamics Observatory} (\emph{SDO}), we investigate the production of the ELP in six homologous flares (F1--F6) originating from a complex active region (AR) NOAA 11283, with an emphasis on the emission characteristics of the flares. It is found that the main production mechanism of the ELP changes from additional heating in flare F1 to long-lasting cooling in flares F3--F6, with both mechanisms playing a role in flare F2. The transition is evidenced by an abrupt decrease of the time lag of the ELP peak, and the long-lasting cooling process in the majority of the flares is validated by a positive correlation between the flare ribbon fluence and the ELP peak intensity. We attribute the change in ELP production mechanism to an enhancement of the envelope magnetic field above the AR, which facilitates a more prompt and energetic heating of the ELP loops. In addition, the last and the only confined flare F6 exhibits an extremely large ELP. The different emission pattern revealed in this flare may reflect a different energy partitioning inside the ELP loops, which is due to a different magnetic reconnection process.

研究の動機と目的

• 複雑な活動領域からの同型フレアにおける極端紫外線遅延発光（ELP）の物理的起源を理解すること。
• ELPがフレアループの遅延加熱か、長期間にわたる冷却のどちらによって駆動されているかを特定すること。
• 進化する磁場と再結合トポロジーがELP特性に与える影響を調査すること。
• 特にELPにおいて、限定的フレアと爆発的フレアの間でエネルギー分配にどのような差が生じるかを検討すること。

提案手法

• SDO/EVEの全円盤EUV放射度データと、SDO/AIAの高時間分解能EUV画像を用い、複数のパスバンドにおけるフレア光曲線を追跡した。
• インパルス的発光期におけるAIA 1600 Å強度を統合し、10×の背景揺らぎ閾値を用いてフレアリーブンの放射能を測定した。
• 軟X線ピークとELPピークの時間遅れを計算し、ELP発生の時間的進化を追跡した。
• ELPピーク強度とフレアリーブン放射能の散布図分析を実施し、ELP生成メカニズムの推定を行った。
• 相関強度を定量化するためのべき乗則フィッティングを実施し、冷却と追加加熱のシナリオを区別した。
• HMI磁場計測データと先行する力自由場外挿法を用いて、磁場配置の進化と再結合トポロジーを分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同じ活動領域からの同型フレアにおけるELPの支配的物理的メカニズム（追加加熱対比して長期間冷却）は何か？
• RQ2 軟X線ピークとELPピークの時間遅れは、連続するフレアにおいてどのように変化し、ELP形成に何を示唆するか？
• RQ3 上部磁場の強度と配置は、ELPメカニズムが加熱から冷却へと遷移するのをどのように規定するか？
• RQ4 なぜ限定的フレアF6は、シリーズ内の他のフレアと比較して極めて強いELPを示すのか？
• RQ5 特に熱的・非熱的エネルギー沈着の観点から、限定的フレアと爆発的フレアの間でELPループにおけるエネルギー分配にどのような差が生じるか？

主な発見

• ELP生成メカニズムは、フレアF1では追加加熱が支配的であったが、フレアF3～F6では長期間冷却が支配的となり、フレアF2では両者が寄与した。
• フレアF1以降、軟X線ピークとELPピークの時間遅れが急激に短縮され、遅延加熱からより早期で効率的なループ加熱への移行を示している。
• 遠く離れたフレアリーブンの放射能とELPピーク強度の間に強い正の相関（r = 0.946）が認められ、フレアF3～F6では冷却が支配的メカニズムであることを支持する。
• F6は唯一の限定的フレアであり、極めて大きなELPピークを示しており、準分離面におけるスリップ・ランニング再結合により異なるエネルギー分配が生じた可能性がある。
• フレアF1以降に強化された上部磁場は、ELPループのより迅速かつ高エネルギーの加熱を促進し、以降のフレアで冷却支配のELPを可能にしたと考えられる。
• フレアF3およびF6におけるN-S方向のフラックスロープは、最も強いELPピークと相関しており、方向が上部磁場線との相互作用効率に影響を与えることを示している。