[論文レビュー] Helioseismic and Magnetic Imager observations of linear polarization from a loop prominence system

Pascal Saint-Hilaire, J. Schou+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 2014

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 7被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、太陽フレアのループ系からの線形偏光白色光放射の初回検出を、SDOのHelioseismic and Magnetic Imager (HMI) を用いて行った。33 Mmの高度で、散乱成分が放射の最大20%を占めることを特定した。偏光解析により、8.2 × 10¹⁴ gの質量推定と、1.8 × 10¹² cm⁻³に達する自由電子密度が得られ、フレア後のコロナルループにおける散乱と熱放射メカニズムの区別が可能になった。

ABSTRACT

White-light observations by the Solar Dynamics Observatory's Helioseismic and Magnetic Imager of a loop-prominence system occurring in the aftermath of an X-class flare on 2013 May 13 near the eastern solar limb show a linearly polarized component, reaching up to $\sim$20% at an altitude of $\sim$33 Mm, about the maximal amount expected if the emission were due solely to Thomson scattering of photospheric light by the coronal material. The mass associated with the polarized component was 8.2$ imes$10$^{14}$ g. At 15 Mm altitude, the brightest part of the loop was 3(+/-0.5)% linearly polarized, only about 20% of that expected from pure Thomson scattering, indicating the presence of an additional unpolarized component at wavelengths near Fe I (617.33 nm), probably thermal emission. We estimated the free electron density of the white-light loop system to possibly be as high as 1.8$ imes$10$^{12}$ cm$^{-3}$.

研究の動機と目的

• Xクラスのフレア後に観測されたフレア後ループプロミネンスにおける白色光放射の増強の物理的起源を特定すること。
• 観測されたHMI白色光強度に寄与するトムソン散乱と熱放射の寄与割合を特定すること。
• HMIの偏光データを用いて、コロナプラズマの質量および自由電子密度を推定すること。
• HMIの偏光能力が、縁上フレアおよびフレア-CME連動の研究における診断的潜在能力を評価すること。

提案手法

• Fe I 617.33 nm線近傍の6つの狭帯域波長におけるHMIのフル・スティーブス測定を用い、クロストークが1%未満となる精度でストークスI、Q、U、Vパラメータを導出。
• 線形偏光度はストークスQおよびUから計算され、偏光度はP = √(Q² + U²)/Iとして定義された。
• 偏光信号を関心領域（領域AおよびB）において空間的・時間的に分析し、トムソン散乱成分を分離した。
• 光学厚さ近似τ ≈ nₑLσ_Tを用いて自由電子密度を推定し、経路長Lは偏光特徴のFWHMまたは観測された偏光度から導出された。
• 電子密度と経路長の積から質量を推定し、コロナル柱状幾何と単位充填率を仮定した。
• RHESSI X線データおよびマイクロ波放射と比較することで、熱放射の存在を制約し、ブレムストラーリングモデルのフラックス予測との不一致を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フレア後のループ系における観測白色光放射のどの程度がトムソン散乱に起因するか？
• RQ2 偏光白色光放射を引き起こすコロナプラズマの質量および自由電子密度は何か？
• RQ3 偏光度は高度および時間とともにどのように変化するか？これは放射メカニズムにどのような含意を持つか？
• RQ4 HMIの偏光データは、ブレムストラーリングモデルの予測と観測白色光フラックスの不一致を解消できるか？

主な発見

• 33 Mmの高度で、線形偏光度は最大20%に達し、純粋なトムソン散乱と整合的であり、領域Bでは支配的散乱成分であると示唆された。
• 15 Mmの高度では、偏光度は3(±0.5)%にとどまり、自由自由および自由束縛過程に起因する有意な非偏光熱放射成分が存在すると示唆された。
• 偏光成分の推定質量は8.2 × 10¹⁴ gであり、偏光データからの動的質量推定としての意義を示した。
• 自由電子密度は、ループのFWHMおよび偏光度を仮定して、最大1.8 × 10¹² cm⁻³と推定された。これは均一散乱を仮定した場合の結果である。
• 領域Aでは、偏光度は低く、推定電子密度は3.5 × 10¹¹ cm⁻³と高かったが、散乱と熱放射の両方を含む複雑な放射メカニズムが関与している可能性が示唆された。
• 観測白色光フラックスは、ブレムストラーリング予測を1桁程度上回っており、冷却され、光学的厚さを持つプラズマが熱連続スペクトルを発生させていることと整合的であった。