[論文レビュー] Helium-like triplet density diagnostics: Applications to CHANDRA--LETGS X-ray observations of Capella and Procyon

Jan‐Uwe Ness, R. Mewe+7 more|ArXiv.org|Dec 11, 2000

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 37被引用数 61

ひとこと要約

本研究では、チャンドラのLETGSを用いた高分解能X線分光法を応用し、ヘリウム様トリプレット線比（f/i/r）を用いて、カペラおよびプロキオンのコロナにおける電子密度を導出する。改善された原子モデルを用いることで、密度は約10^9.4 cm⁻³であると判明し、これは太陽の活動領域に類似したコロナ構造を示すが、より高い充填率を示していることを示唆する。ループスケーリング則から、カペラの磁気ループはプロキオンのものよりも少なくとも8倍以上長いと推定され、同じプラズマ温度と表面フラックスを示すにもかかわらず、磁気トポロジーに根本的な違いがある可能性を示している。

ABSTRACT

Electron density diagnostics based on the triplets of Helium-like CV, NVI, and OVII are applied to the X-ray spectra of Capella and Procyon measured with the Low Energy Transmission Grating Spectrometer (LETGS) on board the Chandra X-ray Observatory. New theoretical models for the calculation of the line ratios between the forbidden (f), intercombination (i), and the resonance (r) lines of the helium-like triplets are used. The derived densities are quite typical of densities found in the solar active regions, and also pressures and temperatures in Procyon's and Capella's corona at a level of T=10^6K are quite similar. We find no evidence for densities as high as measured in solar flares. Comparison of our Capella and Procyon measurements with the Sun shows little difference in the physical properties of the layers producing the CV, NVI, and OVII emission. Assuming the X-ray emitting plasma to be confined in magnetic loops, we obtain typical loop length scales of L_Capella > 8 L_Procyon from the loop scaling laws, implying that the magnetic structures in Procyon and Capella are quite different. The total mean surface fluxes emitted in the helium- and hydrogen-like ions are quite similar for Capella and Procyon, but exceed typical solar values by one order of magnitude. We thus conclude that Procyon's and Capella's coronal filling factors are larger than corresponding solar values.

研究の動機と目的

• チャンドラのLETGSからの高分解能X線分光法を用いて、カペラおよびプロキオンのコロナにおける電子密度を特定すること。
• これらの晩期星のX線放射プラズマにおける物理的状態（温度、圧力、密度）を評価すること。
• カペラおよびプロキオンのコロナ的性質を、太陽および互いに比較し、放射能、充填率、磁気ループ構造に注目して分析すること。
• 観測されたX線放射が、同様のプラズマ状態に起因するのか、あるいは異なる磁気配置に起因するのかを調査すること。

提案手法

• カペラおよびプロキオンの高分解能X線スペクトルは、チャンドラX線望遠鏡搭載の低エネルギー透過回折格子分光器（LETGS）を用いて取得された。
• ヘリウム様C v、N vi、O viiトリプレットのf/i線強度比を用いて、電子密度の診断が行われた。
• 観測されたf/i比から電子密度を導出するために、禁制線（f）、結合線（i）、共鳴線（r）の比に関する新しい理論的モデルが用いられた。
• N viおよびO viii線からの推定温度と導出密度を用いて、コロナ圧力を計算した。
• 最大温度と圧力から典型的なループスケールを推定するために、ロスナーら（1978）のループスケーリング則が適用された。
• 距離、露出時間、星体表面積を補正することで、カペラ、プロキオン、太陽間の放射を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヘリウム様トリプレット線比から導出されたカペラおよびプロキオンのコロナにおける電子密度は何か？
• RQ2 カペラおよびプロキオンの物理的状態（温度、圧力、密度）は、太陽コロナと比較してどう異なるか？
• RQ3 カペラおよびプロキオンのX線放射プラズマ構造は、磁気ループの閉じ込めに起因するものと一致するか？ もしそうであれば、推定されるループ長さスケールは何か？
• RQ4 同じ表面フラックスを示すにもかかわらず、カペラおよびプロキオンにおけるX線放射プラズマの相対的充填率は、太陽と比較してどうか？
• RQ5 同じ温度とフラックスを示すにもかかわらず、カペラとプロキオンが著しく異なる推定されるループサイズを示す理由は何か？

主な発見

• カペラにおけるO viiの電子密度は<9.38 cm⁻³（95%信頼区間上界）であり、f/i = 4.0 ± 0.25であるため、低〜中程度の密度プラズマであると示唆される。
• カペラにおけるN viの密度は9.86 ± 0.12 cm⁻³（f/i = 1.78 ± 0.25）であり、太陽の活動領域と一致する。
• カペラにおけるC vの密度は9.42 ± 0.21 cm⁻³（f/i = 1.48 ± 0.34）であり、再び太陽に類似したコロナプラズマの特徴を示す。
• プロキオンでは、O viiの密度は9.28⁺⁰.⁴₋₀.⁹²⁸ cm⁻³（f/i = 3.28 ± 0.3）、N viは9.96 ± 0.23 cm⁻³（f/i = 1.33 ± 0.28）、C vは<8.92 cm⁻³であり、いずれも太陽の活動領域の範囲内にある。
• C、N、Oのヘリウム様および水素様イオンにおける平均表面フラックスは、カペラとプロキオンで類似しており、太陽の値を約1桁上回っている。
• ループスケーリング則から、カペラの磁気ループはプロキオンのものよりも少なくとも8倍以上長いと推定され、同じプラズマ温度と放射能を示すにもかかわらず、磁気構造のスケールに顕著な違いがある可能性を示している。