[論文レビュー] First SDO/AIA Observation of Solar Prominence Formation Following an Eruption: Magnetic Dips and Sustained Condensation and Drainage

Wei Liu, Thomas Berger+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 2012

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 37被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、閉じ込められた爆発に続く磁気ダプの放射冷却による太陽フレアの形成を、SDO/AIAで初めて観測した。この現象は、約10¹⁰ g s⁻¹の持続的凝縮がフレアに質量を供給する一方、ほぼ同一の排水率が質量予算を維持する動的バランスの系であることを明らかにした。1日間で凝縮された質量の96％（約10¹⁵ g）が排水され、マクロな静止状態がミクロな質量交換によって駆動されていることを示している。

ABSTRACT

Imaging solar coronal condensation forming prominences was difficult in the past, a situation recently changed by Hinode and SDO. We present the first example observed with SDO/AIA, in which material gradually cools through multiple EUV channels in a transequatorial loop system that confines an earlier eruption. Nine hours later, this leads to eventual condensation at the dip of these loops, forming a moderate-size prominence of ~$10^{14}$ gram, to be compared to the characteristic $10^{15}$ gram mass of a CME. The prominence mass is not static but maintained by condensation at a high estimated rate of $10^{10}$ gram/sec against a comparable, sustained drainage through numerous vertical downflow threads, such that 96% of the total condensation (~$10^{15}$ gram) is drained in approximately one day. The mass condensation and drainage rates temporally correlate with the total prominence mass. The downflow velocity has a narrow Gaussian distribution with a mean of 30 km/s, while the downward acceleration distribution has an exponential drop with a mean of ~1/6 $g_{Sun}$, indicating a significant canceling of gravity, possibly by the Lorentz force. Our observations show that a macroscopic quiescent prominence is microscopically dynamic, involving the passage of a significant mass through it, maintained by a continual mass supply against a comparable mass drainage, which bears important implications for CME initiation mechanisms in which mass unloading is important.

研究の動機と目的

• 高時間分解能のSDO/AIA観測を用いて、閉じ込められた爆発に続く太陽フレアの形成メカニズムを調査すること。
• 新規に形成されたフレアにおける質量凝縮および排水率を定量し、フレア質量との時間的相関を評価すること。
• 磁気ダプと放射冷却がフレア形成の開始および持続に果たす役割を特定すること。
• CME発生およびフレア安定性に及ぼす持続的質量輸送の意味を評価すること。

提案手法

• 12秒間隔、1.5角秒解像度の多波長SDO/AIA EUV画像（171、193、304 Å）を用いて、プラズマの冷却および凝縮を追跡する。
• ループダプを通過するカットに沿った時空間図を用いて、凝縮および下降流の進化をモニタリングする。
• 光学的に薄いプラズマを仮定し、発光ラインのドップラーシフトから下降速度および加速度を測定する。
• EUVチャンネル間の発光度および温度の変化を用いて、質量凝縮および排水率を推定する。
• フレア質量、凝縮率、排水率の相関分析により、質量予算のダイナミクスを評価する。
• 観測された加速度プロファイルを重力およびローレンツ力モデルと比較し、フレア内の力のバランスを推察する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁気ダプ内での放射冷却による凝縮が、爆発後のフレア質量蓄積にどのように寄与するか？
• RQ2 時間経過に伴い、質量凝縮率、排水率、および総フレア質量の関係は何か？
• RQ3 フレアの下降流で重力を相殺する力は何か？ そしてそれらは加速度にどのように影響するか？
• RQ4 フレア質量予算が供給と排水の間で動的平衡にある程度まで反映されているか？
• RQ5 爆発前のループ状態および磁気幾何学的配置が、凝縮の発生および進化にどのように影響するか？

主な発見

• フレアは、横断的赤道外ループ内の磁気ダプで凝縮によって形成され、304 Å発光で約10⁵ Kの初期冷却が観測された。
• 平均質量凝縮率は1.2 × 10¹⁰ g s⁻¹と推定され、ピーク率は(2.4 ± 0.4) × 10¹⁰ g s⁻¹であった。19時間で合計8.0 × 10¹⁴ gの凝縮質量が蓄積された。
• 排水率は凝縮率と非常に近く、合計凝縮質量の96％（約10¹⁵ g）が約1日間で排水された。
• フレア質量は排水率と強く相関していた（r = 0.92 ± 0.1）ことから、自己調節的質量予算が成立していることが示された。
• 下降流速度の平均は30 km s⁻¹で、狭いガウス分布を示し、下降加速度は約1/6 g⊙であった。これは顕著な非重力的力のキャンセルを示唆している。
• 結果から、マクロに静止しているように見えるフレアは、ミクロ的には連続的な質量供給と排水のバランスによって維持されており、CME発生に及ぼす影響が示唆された。