[論文レビュー] Ground level observations of relativistic solar particles on Oct 29th, 2015: Is it a new GLE on the current solar cycle?

C. R. A. Augusto, C. E. Navia+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2016

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、2015年10月29日に地上のニュートロンモニタとリオ・ジェネイロ、ブラジルのニューブ・トゥピミューオン望遠鏡によって検出された相対論的太陽粒子の地表付近増強（GLE）を調査している。低信頼度の信号（≤2%の増加）であるが、CME駆動の衝撃波を介して誘導された太陽高エネルギー粒子（SEP）と相関しており、南極のニュートロンモニタとアイストップの高緯度検出器でも観測されたため、GLE 73として分類されている。

ABSTRACT

On Oct. 29th, 2015, the Earth crossed through a fold in the heliospheric current sheet. This is called a "solar sector boundary crossing". Under this circumstances, a large coronal mass ejection (CME) occurred at 2:24 UT, behind the west limb on the sun. Therefore, the boundary crossing occurred when in the blast's nearby environment was filled with energetic particles accelerated by the CME shock waves, spacecraft measurements (ACE and GOES) have shown that in such a case, protons with energies at least up to 30 MeV were stored within the range of the sector boundary. Thus, a fraction of the solar energetic particles (SEP) from CME, reached Earth around 03:00 UT in the aftermath of the solar blast, reaching the condition of an S1 (minor) radiation storm level. The effect at ground level was a small increase in the counting rate in some ground based detectors, such as the South Pole Neutron Monitor (NM) and a sharp peak observed in the counting rate in the New-Tupi detector in Rio de Janeiro, Brazil and Thule NM. The event is being classified as a new GLE (Ground Level Enhancement) in the current solar cycle, as the GLE 73. However, in all cases, the counting rate increase is smaller or near than 2\%. The Earth crossed through a fold in the heliospheric current sheet also caused a geomagnetic disturbance, below the minor geomagnetic storm threshold, observed in the ACE spacecraft and a small decrease in the counting rates of some ground level detectors, such as the New-Tupi detector and Thuly NM. Details of these observations are reported.

研究の動機と目的

• 2015年10月29日のイベントが太陽活動24サイクルにおいて新たな地表付近増強（GLE）に該当するかどうかを評価すること。
• 後方の縁にあるCMEから地球へ到達した太陽高エネルギー粒子（SEP）を、恒星圏電流シートの折りたたみがどのようにチャネル化したかを調査すること。
• 特に南大西洋異常域に位置するニューブ・トゥピ望遠鏡の、相対論的粒子イベントに対する地上検出器の感度を評価すること。
• 地上観測と人工衛星データ（ACE、GOES）および高緯度ニュートロンモニタ（南極、トゥール）の相関をとることで、イベント分類の妥当性を検証すること。

提案手法

• リオ・ジェネイロ、ブラジルに設置されたニューブ・トゥピミューオン望遠鏡（4個のシンチレーション検出器、127 mmのPMT、1 Hzサンプリング）を含む地上検出器を用い、望遠鏡モードおよびスケーラーモードで運用した。
• ニューブ・トゥピ検出器における粒子カウントレートの増加を分析し、一致率および単一ヒットレートを用いて垂直、西、東方向の入射ミューオンに注目した。
• ACEおよびGOESの人工衛星観測データと相関をとり、太陽風密度、IMFの変動、および放射線ストーム発生時刻を追跡した。
• NMDBネットワークに属する南極、マクマード、トゥールのニュートロンモニタデータと照合し、イベントのタイミングと強度を検証した。
• WSA-ENLIL恒星圏モデルを用いて、2015年10月29日に地球が電流シートの折りたたみを通過した動態をシミュレートした。
• ACEデータを用いて地磁気的影響を評価し、境界通過時に検出器レートにわずかな低下が観測されたことを確認した。これは一時的な地磁気的擾乱を示している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2015年10月29日のイベントは、低信号信頼度にもかかわらず、太陽活動24サイクルにおける新たな地表付近増強（GLE）とみなされるか？
• RQ2 直接的なX線放射が観測されなかったにもかかわらず、後方の縁にあるCMEが地球に検出可能な相対論的粒子を生成したメカニズムは何か？
• RQ3 恒星圏電流シートの折りたたみが、太陽高エネルギー粒子を地球へ輸送するにあたり、どの程度の役割を果たしたか？
• RQ4 南大西洋異常域に位置するニューブ・トゥピ検出器が、高緯度検出器に比べて感度が低いにもかかわらず、明確なミューオンピークを記録した理由は何か？
• RQ5 セクター境界通過時の地磁気的擾乱が、地上検出器の応答をどのように変調したか？

主な発見

• 2015年10月29日のイベントはGLE 73として分類され、2012年5月17日イベントに続く太陽活動24サイクルにおける2番目の潜在的GLEである。
• 2015年10月29日に西縁の後方部分から発生した部分的ハロCMEが、直接的な磁気的接続がなくても、恒星圏電流シートの折りたたみを介して地球にSEPを到達させた。
• リオ・ジェネイロに設置されたニューブ・トゥピ検出器は、約2%の信頼度で明確なミューオンレートピークを記録しており、SEP到達と整合的である。
• 高緯度ニュートロンモニタ（南極、トゥール）およびアイストップエアショウ検出器も、わずかではあるが相関するカウントレートの増加を記録した。
• 地球が電流シートの折りたたみを通過したことで、ACEデータにみられるわずかな地磁気的擾乱が発生し、ニューブ・トゥピおよびトゥールのカウントレートにわずかな低下が観測された。これは、粒子輸送に影響を与える変調効果を示している。
• ニューブ・トゥピ検出器は南大西洋異常域に位置しており、地磁気的剛性カットオフが低いため、相対論的粒子に対して感度が向上しており、低信号レベルでも検出が可能であった。