[論文レビュー] Horizontal flow fields observed in Hinode G-band images II. Flow fields in the final stages of sunspot decay

M. Verma, H. Balthasar+5 more|JAXA Repository (JAXA)|Dec 7, 2011

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 41被引用数 21

ひとこと要約

本研究は、Hinode、SDO、VTTの多波長観測を用いて、黒spotの最終的崩壊段階を調査し、アメーバ状の流れや移動磁気特徴（MMFs）が偏光層が消滅した後も持続することを明らかにした。主な発見として、径方向のMMF軌道の検出、色球層Hαにおけるスーパー・ペヌムブラ構造の存在、および崩壊後に顕著な低発散性流れパターンが維持されることを確認した。これは、磁気フラックスの拡散が対流に持続的なインプリントを残すことを示している。

ABSTRACT

We present a subset of multi-wavelengths observations obtained with the Japanese Hinode mission, the Solar Dynamics Observatory (SDO), and the Vacuum Tower Telescope (VTT) at Observatorio del Teide, Tenerife, Spain during the time period from 2010 November 18-23. Horizontal proper motions were derived from G-band and Ca II H images, whereas line-of-sight velocities were extracted from VTT Echelle H-alpha 656.28 nm spectra and Fe I 630.25 nm spectral data of the Hinode/Spectro-Polarimeter, which also provided three-dimensional magnetic field information. The Helioseismic and Magnetic Imager on board SDO provided continuum images and line-of-sight magnetograms as context for the high-resolution observations for the entire disk passage of the active region. We have performed a quantitative study of photospheric and chromospheric flow fields in and around decaying sunspots. In one of the trailing sunspots of active region NOAA 11126, we observed moat flow and moving magnetic features (MMFs), even after its penumbra had decayed. We also noticed a superpenumbral structure around this pore. MMFs follow well-defined, radial paths from the spot all the way to the border of a supergranular cell surrounding the spot. In contrast, flux emergence near the other sunspot prevented it from establishing such well ordered flow patterns, which could even be observed around a tiny pore of just 2 Mm diameter. After the disappearance of the sunspots/pores a coherent patch of abnormal granulation remained at their location, which was characterized by more uniform horizontal proper motions, low divergence values, and diminished photospheric Doppler velocities. This region, thus, differs significantly from granulation and other areas covered by G-band bright points. We conclude that this peculiar flow pattern is a signature of sunspot decay and the dispersal of magnetic flux.

研究の動機と目的

• 黒spotの最終的崩壊段階における光球層および色球層の流れ場のダイナミクスを理解すること。
• 偏光層構造が消滅した後、移動磁気特徴（MMFs）およびアメーバ状の流れが磁気フラックス拡散に果たす役割を調査すること。
• 黒spotが完全に消滅した後も、一貫した流れパターンが維持されるかどうか、およびそれが対流セルや明るい点領域とどのように異なるかを検討すること。
• 色球層におけるスーパー・ペヌムブラのような構造が、光球層の崩壊を過ぎても持続するかどうかを検証し、磁場の耐性を示唆すること。
• フラックス出現や磁気トポロジーが、とくに弱いまたは断片的な黒spotにおいて、崩壊期の流れ組織に与える影響を評価すること。

提案手法

• 光球層、色球層、磁気場の流れ場を分析するために、Hinode（Gバンド、Ca II H、偏光分光計）、SDO/HMI（連続スペクトルおよび磁気マップ）、VTT（HαおよびFe I線）の多波長観測を用いた。
• GバンドおよびCa II H画像を用いて、画像相互相関法を用いて水平方向の運動を導出した。
• HαおよびFe I線における高分解能VTT Echelle分光計のデータから、ライン・オブ・スイトの速度を抽出した。
• Hinode分光偏光計データから、三次元磁場ベクトルを再構築した。
• 時間平均化された流れマップおよび発散場を計算し、崩壊後に残存するパターンを特定した。
• 偏光層やMMFsを有する領域とそれらのない領域における流れ構造を比較分析し、磁気が対流に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 偏光層が完全に消滅した後、アメーバ状の流れおよび移動磁気特徴（MMFs）は光球層に持続するか？
• RQ2 崩壊期におけるMMFsとスーパー・ペヌムブラのような色球層構造との空間的および運動的関係は何か？
• RQ3 黒spot周辺にフラックス出現が存在する場合、孤立した崩壊中の黒spotと比較して、水平流れの組織化はどのように変化するか？
• RQ4 黒spotの最後の暗黒領域が消滅した後、光球層にどのような特徴的な流れパターンが現れるか？
• RQ5 分散した磁場が、発散および速度場を示す対流パターンに、どの程度の影響を及ぼすか？

主な発見

• 黒spot Aの完全消滅まで、周辺部にMMFsが観測された。タイプIIおよびU字型のMMFsが、整然としたアメーバ状の流れを形成した。
• 11月18日、Gバンド画像では偏光層が消滅したが、Hαラインコア画像では依然としてスーパー・ペヌムブラ構造が観測された。これは、色球層における磁気的特徴が光球層のものより長く持続することを示唆している。
• 偏光層繊維を有さない2 Mmの穴部でもMMFsが観測された。これは、エーバーシド・フローとMMFsが密接に結びついているという仮定に疑問を呈するものである。
• 最後の黒spot特徴が消滅した後も、光球層に一貫性のある低発散性の流れパターンが維持された。これは、対流セルや明るい点領域とは顕著に異なる。
• 崩壊領域における色球層の流れは、初期段階と比較して速度が増加しており、磁気が大気力学に長期間にわたって影響を与えていることを示している。
• 崩壊後の流れパターンは、均一な運動、低発散性、および低減したドップラー速度を特徴とし、分散した磁気フラックスが対流に影響を与える兆候であると特定された。