[論文レビュー] Lithium-6 from Solar Flares

R. Ramaty, V. Tatischeff+3 more|ArXiv.org|Mar 23, 2000

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 18

ひとこと要約

本稿では、太陽耀斑における加速された 3He が 4He(3He,p)6Li 反応によって 7Li よりも顕著に 6Li を生成することを提案しており、太陽風の測定された 6Li/7Li 比 0.032 ± 0.004 を説明している。ガンマ線データを用いて耀斑粒子スペクトルを正規化するモデルでは、耀斑によって生成された 6Li と光球層の 7Li を組み合わせることで、観測された太陽風の同位体比が説明可能であり、その条件として大多数の 6Li が太陽風によって放出されることを示している。

ABSTRACT

By introducing a hitherto ignored Li-6 producing process, due to accelerated He-3 reactions with He-4, we show that accelerated particle interactions in solar flares produce much more Li-6 than Li-7. By normalizing our calculations to gamma-ray data we demonstrate that the Li-6 produced in solar flares, combined with photospheric Li-7, can account for the recently determined solar wind lithium isotopic ratio, obtained from measurements in lunar soil, provided that the bulk of the flare produced lithium is evacuated by the solar wind. Further research in this area could provide unique information on a variety of problems, including solar atmospheric transport and mixing, solar convection and the lithium depletion issue, and solar wind and solar particle acceleration.

研究の動機と目的

• 光球層の低水準な 6Li/7Li 比と、月の土壌で測定された高い太陽風比の間の不一致を解消すること。
• 太陽耀斑が、観測された太陽風同位体組成を説明するのに十分な 6Li を生成できるかどうかを調査すること。
• 加速された 3He が太陽耀斑内の核反応を通じて 6Li 生成を促進する役割を評価すること。
• 粒子加速と大気中輸送を考慮した場合、耀斑由来リチウムが太陽風に与える寄与を評価すること。

提案手法

• 本研究では、太陽耀斑における加速粒子からの 6Li および 7Li 生成を計算するための核反応コードを用い、4He(3He,p)6Li 反応を含む。
• 4He(3He,p)6Li 反応の断面積は、逆反応 6Li(p,3He)4He を用いた詳細な平衡から導出し、3.56 MeV の励起状態の寄与を含む。
• 厚標的に基づくモデルを適用し、粒子がコアマトロスフェアで減速すると仮定し、粒子エネルギースペクトルを指数 s のべき乗則でモデル化する。
• 20 個の耀斑からのガンマ線データを用いて、平均陽子フラックスおよび 3He/4He 比を制約し、3He/4He 比は 0.1 から 1 の範囲にある。
• モデルでは、観測されたガンマ線放射に合わせて 6Li 生成を正規化し、得られた 6Li の生成量を太陽風の 6Li/7Li 比と比較する。
• 太陽風の 6Li/7Li 比は、(6Li/7Li)sw = [Np(>30) × Q(6Li)] / [(7Li/H)ph × Fsw] の式を用いて計算され、Fsw ≈ 6×10^35 s⁻¹ である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 加速された 3He が、観測された太陽風の 6Li/7Li 比 0.032 ± 0.004 を説明するのに十分な 6Li を生成できるか？
• RQ2 αα 相互作用など他の反応と比較して、4He(3He,p)6Li 反応が 6Li 生成に果たす寄与はいかほどか？
• RQ3 3He/4He 比および α/p 比の変動が、太陽耀斑における予測される 6Li 生成量にどのように影響するか？
• RQ4 耀斑由来の 6Li が太陽大気中にどれほど生存し、その何割が太陽風によって排出されるか？
• RQ5 耀斑からの観測されたガンマ線放射を用いて、リチウム同位体の生成を信頼性高く制約できるか？

主な発見

• 4He(3He,p)6Li 反応は、特に粒子エネルギースペクトルが急で 3He/4He 比が高い場合、6Li 生成を顕著に増幅する。
• 3He/4He > 0.1 かつ α/p > 0.1 の条件下で、モデルは (6Li/7Li)sw を 0.007 から 0.06 の範囲で予測し、観測値 0.032 ± 0.004 と整合的である。
• 耀斑からの平均 6Li 生成レートは、3He/4He 比に応じて 1×10^22 から 7×10^22 個 s⁻¹ の範囲にあると推定される。
• 全 6Li 生成量の約 15% のみが、SMM で観測された最大 19 個の耀斑に起因しており、未観測の小規模な耀斑が顕著な寄与をしている可能性がある。
• モデルは、光球層の 6Li/7Li 比が低すぎるため、太陽風の値を説明できないことから、耀斑由来の 6Li が太陽風によって排出されている可能性を支持している。
• 結果から、太陽風におけるリチウム同位体の直接測定および光球層における 6Li の分光的検出が、太陽大気中輸送および粒子加速に関する主要な不確実性を解消する可能性があると示唆される。