[論文レビュー] Local Helioseismology of Emerging Active Regions: A Case Study

А. Г. Косовичев, Junwei Zhao+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2016

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 28被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、SDO/HMIデータを用いた時空間ヘルモセイズミーを用いて、NOAA 11726の活動領域の出現期における地下流れを分析し、1.4 km/sの出現速度と、1–3 Mmの深さで sunspot の下に局所的な収束流れ（0.3 km/s）が存在することを明らかにした。成熟した活動領域の周囲には大規模な収束流れと渦構造が形成され、より深い層（10–13 Mm）では発散流れが支配的であり、地下の流れのパターンが活動領域の進化を予測できる可能性があることが示唆された。

ABSTRACT

Local helioseismology provides a unique opportunity to investigate the subsurface structure and dynamics of active regions and their effect on the large-scale flows and global circulation of the Sun. We use measurements of plasma flows in the upper convection zone, provided by the Time-Distance Helioseismology Pipeline developed for analysis of solar oscillation data obtained by Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) on Solar Dynamics Observatory (SDO), to investigate the subsurface dynamics of emerging active region NOAA 11726. The active region emergence was detected in deep layers of the convection zone about 12 hours before the first bipolar magnetic structure appeared on the surface, and 2 days before the emergence of most of the magnetic flux. The speed of emergence determined by tracking the flow divergence with depth is about 1.4 km/s, very close to the emergence speed in the deep layers. As the emerging magnetic flux becomes concentrated in sunspots local converging flows are observed beneath the forming sunspots. These flows are most prominent in the depth range 1-3 Mm, and remain converging after the formation process is completed. On the larger scale converging flows around active region appear as a diversion of the zonal shearing flows towards the active region, accompanied by formation of a large-scale vortex structure. This process occurs when a substantial amount of the magnetic flux emerged on the surface, and the converging flow pattern remains stable during the following evolution of the active region. The Carrington synoptic flow maps show that the large-scale subsurface inflows are typical for active regions. In the deeper layers (10-13 Mm) the flows become diverging, and surprisingly strong beneath some active regions. In addition, the synoptic maps reveal a complex evolving pattern of large-scale flows on the scale much larger than supergranulation.

研究の動機と目的

• 高分解能ヘルモセイズミックデータを用いて、NOAA 11726の活動領域の出現期における地下流れのダイナミクスを調査すること。
• 時間遅れ波伝搬時間に基づいて、磁気フラックスの出現速度と深さ方向の進化を特定すること。
• 出現中の活動領域の周囲における収束・発散流れパターンの形成と安定性を分析すること。
• 大規模な地下流れ構造が将来の活動領域の進化と相関するかどうかを評価すること。
• 活動領域以外の領域における地下流れと大規模磁場分布の関係を検討すること。

提案手法

• 音響波の伝搬時間差を測定するために、SDO/HMI太陽振動データに時間距離ヘルモセイズミーを適用する。
• 1–13 Mmの層について、時間距離ヘルモセイズミー・パイプラインを用いて深さ分解能のある流れマップを生成する。
• 42–55 Mmおよび62–75 Mmの深さ層における信号遅延を分析して、流れの発散・収束パターンを追跡する。
• 合成流れマップにガウスフィルタを適用して、スーパークルスタレーションスケールを超える大規模な流れを分離する。
• 地下流れパターンと表面磁場観測、カーレッジントン回転の合成マップを比較する。
• 流れのヘリシティと赤道方向循環、スーパークルスタレーション流れとの関係を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NOAA 11726における磁気フラックスの地下出現速度は何か？深さに応じてどのように変化するか？
• RQ2 形成中のsunspotおよび成熟した活動領域の下で、収束・発散流れパターンはどのように進化するか？
• RQ3 出現中の活動領域の周囲にどのような大規模な流れ構造が形成され、いつ出現するか？
• RQ4 深部の地下流れパターン（例：10–13 Mmでの発散）は、将来の活動領域の成長や進化を予測できるか？
• RQ5 活動領域以外の領域における地下流れは、大規模磁場分布とどのように相関するか？

主な発見

• NOAA 11726における磁気フラックスの出現速度は約1.4 km/sであり、62–75 Mmの深層および42–55 Mmの中層において一貫している。
• 形成中のsunspotの下に約0.3 km/sの局所的収束流れが発生し、特に1–3 Mmの深さ範囲で顕著で、形成後も持続する。
• 成熟した活動領域の周囲には大規模な収束流れが形成され、ゾーナルせん断流れを迂回し、顕著な磁気フラックスが出現した段階で渦構造が形成される。
• 深層（10–13 Mm）では発散流れが支配的であり、NOAA 11726を含む一部の活動領域の下で強く観測された。
• 合成流れマップから、他の活動領域においても大規模な地下流入が一般的であり、活動領域以外の領域における大規模磁場分布と相関することが示された。
• NOAA 11726における深部の発散流れパターンは、次のカーレッジントン回転で大規模な活動領域（NOAA 11745）に成長する前に現れ、予測可能性を示唆している。