[論文レビュー] Fine structure and long duration of a flare coronal X-ray source with RHESSI and SDO/AIA data

S. Kołomański, Tomasz Mrozek+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2017

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、SOL2011-10-22のプロミネンス爆発におけるコロナルX線源（CXS）の微細構造と長期間持続性を、同時刻のRHESSI X線観測とSDO/AIA EUV観測を用いて調査した。高分解能の画像化にもかかわらず、CXSに小スケール構造は検出されず、これはCXSが滑らかで構造のないものであることを示唆している。一方、その長期間持続（5時間）は、同時に観測された上層アーク下流の流れと持続的な10–15 MKの熱放射が示すように、継続的磁気リコネネクションによって支えられていると考えられる。

ABSTRACT

Coronal X-ray sources (CXSs) are phenomenon very often occurring in solar flares regardless of a flare size, duration or power. The nature of the sources was difficult to uncover for many years. It seems that at last, combining data from RHESSI and SDO/AIA, there is a unprecedented possibility to 'look inside' CXSs and to answer the questions about their formation, evolution and structure. We present a study of a CXS of the SOL2011-10-22T11:10 long-duration flare observed simultaneously with RHESSI and SDO/AIA. We focus our attention on the following questions: What was responsible for the CXS presence and long duration? Was there any fine structure in the CXS? Available data enables us to study a relation between the CXS and structures observed in EUV during the decay phase of the flare. X-ray emission recorded by RHESSI during the decay phase of the flare came from about 10 MK hot CXS. The source was observable for 5 hours. This long presence of the source could be supported by magnetic reconnection ongoing during the decay phase. Supra-arcade downflows, which are considered to be a manifestation of magnetic reconnection, were observed at the same time as the CXS. The source was co-spatial with the part of the hot supra-arcade region that had the highest emission measure and simultaneously the temperature within the range of RHESSI thermal-response. However, while the supra-arcade region was a dynamic region consisting of small-scale structures, the CXS seemed to be smooth, structureless. We run simulations using real and synthetic RHESSI data, but we did not find any strong evidence that the CXS had any small-scale structure.

研究の動機と目的

• 太陽耀斑におけるコロナルX線源（CXS）の微細構造と長期間持続性を調査すること。
• 高分解能X線およびEUVデータを用いて、CXSが小スケール構造を示すかどうかを特定すること。
• 磁気リコネネクションがCXSの長期間持続に果たす役割を評価すること。
• CXSの長期間持続を説明するために、エネルギーおよび質量の閉じ込め機構が必要かどうかを評価すること。
• 観測されたX線およびEUV構造を比較し、CXSが解像度の低い高温のループで構成されているという仮説を検証すること。

提案手法

• RHESSIのハードX線画像および分光観測とSDO/AIAのEUV観測を同時分析し、X線とEUVの構造を相関させること。
• RHESSIデータを用いてX線画像を再構築し、10–15 MK範囲の熱放射に注目した画像分光法を実施すること。
• 実際の加熱条件と質量・エネルギーの流出制限なしに、後退するループ（RLs）の冷却を模擬するPalermo-Harvard（PH）1次元流体力学的モデルの適用。
• 長さ半分L = 9×10⁹ cmの耀斑ループを10–15 MKに加熱し、密度4–9×10⁹ cm⁻³として、急激な加熱終了後の冷却を模擬すること。
• シミュレートされた冷却時間と観測されたCXS持続時間（5時間）を比較し、閉じ込め機構の役割を評価すること。
• 合成RHESSIデータと実データのシミュレーションを用いて、CXS内での小スケール構造の検出可能性をテストすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SOL2011-10-22の耀斑で観測されたコロナルX線源（CXS）は、1秒角未満の分解能で微細構造を示すか？
• RQ2 予想される熱的冷却時間スケールを考慮すると、CXSが5時間以上も持続する物理的メカニズムは何か？
• RQ3 CXSと上層アーク下流（SADs）との間に空間的・時間的相関があるか？これは継続的磁気リコネネクションを示唆するか？
• RQ4 観測されたCXSのX線放射は、解像度の低い高温のループによって説明できるのか、それともCXSは真に構造のないものなのか？
• RQ5 RHESSIデータで検出可能な小スケール構造が存在しないことは、CXSが滑らかであることを示唆するのか、それとも機器の分解能制限によるものなのか？

主な発見

• コロナルX線源（CXS）は5時間にわたって持続し、約10 MKの温度のプラズマからのX線放射が発生しており、これは熱放射と整合的である。
• CXSは、発光度と温度で測定された上層アーク領域で最も高温・高密度な部分と一致しており、RHESSIの熱応答関数とも整合している。
• 高分解能のAIAおよびRHESSIデータにもかかわらず、CXSに小スケール構造は検出されず、これはCXSが機器の分解能において滑らかで構造のないものであることを示している。
• 実データおよび合成RHESSIデータを用いたシミュレーションでは、小スケール構造の明確な証拠は得られず、このような特徴が存在するとしても検出限界以下である可能性を示唆している。
• 後退するループ（RLs）の流体力学的モデリングにより、冷却時間が3500–5500秒（約58–92分）であることが判明し、観測された持続時間と一致した。また、CXSの持続に顕著なエネルギーまたは質量の閉じ込めは必要とされなかった。
• 崩壊段階中に上層アーク下流（SADs）が観測されたことから、継続的磁気リコネネクションが進行していることが支持され、これがCXSへのエネルギー供給を維持している可能性がある。