[論文レビュー] Large-scale horizontal flows in the solar photosphere V: Possible evidence for the disconnection of bi-polar sunspot groups from their magnetic roots

Michal Švanda, M. Klvaña+1 more|Max Planck Institute for Plasma Physics|Aug 21, 2009

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 29被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、高時間分解能のMDIドップラー観測データを用いて、太陽黑点群の回転速度の急低下を検出し、その群が深部の磁気的根源から動的に分離されることを観測的証拠として提示している。解析の結果、縮小されたサンプルにおける動的に変化した活動領域の78%が、太陽表面下20–40 Mmの深さで分離が発生している行動を示しており、Schüssler & Rempel (2005)の理論モデルを支持するものである。

ABSTRACT

In a recent paper (Svanda et al., 2008, A&A 477, 285) we pointed out that, based on the tracking of Doppler features in the full-disc MDI Dopplergrams, the active regions display two dynamically different regimes. We speculated that this could be a manifestation of the sudden change in the active regions dynamics, caused by the dynamic disconnection of sunspots from their magnetic roots as proposed by Schuessler & Rempel (2005, A&A 441, 337). Here we investigate the dynamic behaviour of the active regions recorded in the high-cadence MDI data over the last solar cycle in order to confirm the predictions in the Schuessler's & Rempel's paper. We find that, after drastic reduction of the sample, which is done to avoid disturbing effects, a large fraction of active regions displays a sudden decrease in the rotation speed, which is compatible with the mechanism of the dynamic disconnection of sunspots from their parental magnetic structures.

研究の動機と目的

• 太陽活動領域における大規模な水平流れが、深部の磁気的根源からの磁気的分離を示すような回転速度の急激な変化を示すかどうかを調査すること。
• Schüssler & Rempel (2005)が予測した理論的予測、すなわち上昇過程における浮力を持つフラックスチューブが親の磁気的構造から分離可能であるという仮説を検証すること。
• ドップラー速度追跡とアルフェン速度モデルを用いて、分離の深さと発生時刻を特定すること。
• 分離を経験する活動領域の割合を評価し、乱流背景運動が分離信号をどのように隠蔽するかを評価すること。

提案手法

• 過去の太陽活動周期にわたる全画面MDIドップラーグラムにおけるドップラー特徴の追跡により、活動領域の回転速度を測定すること。
• 強い摂動を示す領域を除外するためのサンプル縮小プロトコルを適用し、クリアな動的遷移に焦点を当てる。
• モデルSからのアルフェン速度および対流速度プロファイルを用いて、v_Alfven ≈ v_conv となる条件に基づき、分離の深さの上限を推定すること。
• 分離時刻と最大面積の遅れを仮定して、分離したフラックスの上行伝播速度を推定すること。
• 方程式 $ A^*(r) = \frac{1}{\tilde{\rho}} \frac{d\ln p}{d\ln r} - \frac{d\ln \rho}{d\ln r} $ を用いて対流特性をモデル化し、分離の深さを制約すること。
• Schüssler & Rempel (2005)の理論的予測と観測された回転速度の低下を比較し、分離メカニズムの妥当性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 活動領域は、黒点群がその磁気的根源から動的に分離するのを示すような、回転速度の急激な変化を示すか？
• RQ2 二極性黒点群が磁気的根源から分離する主な深さは太陽表面下どの程度か？
• RQ3 最大面積と分離時刻の遅れは、分離した磁気フラックスの上行伝播速度をどのように示唆するか？
• RQ4 観測された分離率（全サンプルの33%、縮小サンプルの78%）が、理論的予測のほぼ普遍的分離よりも低いのはなぜか？
• RQ5 乱流背景運動が活動領域のダイナミクスにおける分離シグナルの検出をどの程度遮蔽するか？

主な発見

• 縮小された動的に変化した活動領域のサンプルにおいて、78%が回転速度の急低下を示しており、これは動的分離メカニズムと整合的である。
• 分離プロセスは、最大面積と分離時刻の遅れに基づき、太陽表面下20–40 Mmの深さで発生すると推定されている。
• モデルSからのアルフェン速度および対流速度プロファイルは、これらの速度が同等になる場所で分離が発生することを示しており、深さの推定を支持している。
• 全サンプルのうちわずか33%の領域に明確な分離の兆候が認められ、これは乱流運動や早期の出現が多くの場合に信号を隠蔽している可能性を示唆している。
• 結果はSchüssler & Rempel (2005)の理論モデルと整合的であるが、観測された分離率は予測値よりも低く、検出の限界やモデル仮定の問題が関係している可能性がある。
• 本研究は、深部磁場のシグナルを確認し、深部と浅いダイナモモデルを区別するための高解像度手法および局所ヘルモセミアの必要性を強調している。