[論文レビュー] High precision density measurements in the solar corona: I. Analysis methods and results for Fe XII and Fe XIII

Peter R. Young, Takayuki Watanabe+2 more|ArXiv.org|May 7, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 45被引用数 99

ひとこと要約

本論文は、フェア・トゥエルブおよびフェア・サードナインのEUV線幅比を、Hinode/EIS機器で観測した結果を用いて太陽コロナにおける高精度な電子密度測定を提示している。1ピクセルあたりの精度は最大で±5%に達している。高い測定精度にもかかわらず、診断法の間には顕著な差異（最大0.5デキシタル）が認められ、特にフェア・トゥエルブ λ196.64およびフェア・サードナイン λ203.82 において原子モデルの重大な不正確さが原因であることが判明した。また、グレーティングの傾きといった機器的要因も寄与している。

ABSTRACT

The EUV Imaging Spectrometer (EIS) instrument on board the Hinode satellite has access to some of the best coronal density diagnostics and the high sensitivity of the instrument now allows electron number density, N_e, measurements to an unprecedented precision of up to +/-5 % in active regions. This paper gives a thorough overview of data analysis issues for the best diagnostics of Fe XII and Fe XIII and assesses the accuracy of the measurements. Two density diagnostics each from Fe XII (186.88/195.12 and 196.64/195.12) and Fe XIII (196.54/202.04 and 203.82/202.04) are analysed in two active region data-sets from 2007 May 3 and 6 that yield densities in the range 8.5 < log N_e < 11.0. The densities are derived using v5.2 of the CHIANTI atomic database. The Fe XII and Fe XIII diagnostics show broadly the same trend in density across the active region, consistent with their similar temperatures of formation. However the high precision of the EIS measurements demonstrates significant discrepancies of up to 0.5 dex in derived log N_e values, with Fe XII always giving higher densities than Fe XIII. The discrepancies may partly be due to real physical differences between the emitting regions of the two plasmas, but the dominant factor lies in the atomic models of the two ions. Two specific problems are identified for Fe XII 196.64 and Fe XIII 203.82: the former is found to be under-estimated in strength by the CHIANTI atomic model, while the high density limit of the 203.82/202.04 is suggested to be inaccurate in the CHIANTI atomic model. The small grating tilt of the EIS instrument is found to be very significant when deriving densities from emission lines separated by more than a few angstroms.

研究の動機と目的

• Hinode/EISデータを用いて、太陽コロナにおける電子密度測定の前例のない高精度を達成すること。
• 活動領域におけるフェア・トゥエルブおよびフェア・サードナインのEUV線幅比診断法の正確性と信頼性を評価すること。
• 密度測定に影響を与える原子モデルおよび機器キャリブレーションの系統的誤差を同定および定量化すること。
• 診断法の差異が物理的プラズマ非均一性に起因するのか、それとも原子モデルの不正確さに起因するのかを特定すること。
• 今後の分析の改善を目的として、再検討された線波長および補正された機器的効果を提供すること。

提案手法

• 2007年5月3日および6日の2つの活動領域観測で、露出時間≥30秒の高分解能・高感度EUVスペクトルをHinode/EISから取得した。
• 4つの密度診断法を用いた：フェア・トゥエルブ λ186.88/λ195.12、フェア・トゥエルブ λ196.64/λ195.12、フェア・サードナイン λ196.54/λ202.04、フェア・サードナイン λ203.82/λ202.04。
• 線強度および遷移確率の計算に、CHIANTI原子データベースのバージョン5.2を採用した。
• 混合線の取り扱いを慎重に行い、フェア・エイト、S XI、および機器的効果の寄与を含めた自動線フィッティングを実装した。
• EISグレーティングの傾き−0.0792 Å/pixelを補正し、これは線幅分離測定に顕著な影響を与える。
• スペクトルフィッティングに基づき、フェア・サードナイン λ196.54 の静止波長を196.518±0.003 Å、フェア・トゥエルブ λ196.64 の静止波長を196.647±0.003 Åに再検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Hinode/EISを用いた場合、個々の空間ピクセルにおいて電子密度を5%未満の精度で測定できるか、その程度はどの程度か？
• RQ2 高い測定精度にもかかわらず、異なるフェア・トゥエルブおよびフェア・サードナインの密度診断法が一貫して異なる結果を示すのはなぜか？
• RQ3 グレーティングの傾きや線の混合といった機器的要因が、導出された電子密度にどの程度の影響を与えるか？
• RQ4 フェア・トゥエルブおよびフェア・サードナインの診断法の差異は、実際のプラズマ非均一性に起因するのか、それとも原子モデルの不正確さに起因するのか？
• RQ5 スペクトルフィッティングに基づくフェア・サードナイン λ196.54 およびフェア・トゥエルブ λ196.64 の補正済み静止波長は何か？

主な発見

• Hinode/EISからの電子密度測定は、個々の空間ピクセルで±5%の精度に達しており、これまでは達成できなかった高い精度を実現した。
• フェア・トゥエルブ λ196.64/λ195.12比は、フェア・トゥエルブ λ186.88/λ195.12比と比較して最大0.4デキシタル高い密度を一貫して示しており、原子的または機器的要因の問題を示唆している。
• フェア・サードナイン λ203.82/λ202.04比は、log Ne < 10.0 の密度では λ196.54/λ202.04 と良好に一致するが、高密度域では過大評価される。これはCHIANTIモデルの高密度限界に不正確さがある可能性を示唆している。
• フェア・トゥエルブ密度は、特に高密度域において、フェア・サードナイン密度と最大0.5デキシタル高い一貫した傾向を示しており、原子モデルの不正確さを示唆している。
• EISグレーティングの傾き−0.0792 Å/pixelは、線幅が数Å以上離れている場合に密度測定に顕著な影響を与え、補正が必要である。
• スペクトルフィッティングおよびキャリブレーションに基づき、再検討された静止波長を提案する：フェア・サードナイン λ196.54 は196.518±0.003 Å、フェア・トゥエルブ λ196.64 は196.647±0.003 Å。