[論文レビュー] Multiwavelength observations of a giant flare on CN Leonis III. Temporal evolution of coronal properties

C. Liefke, B. Fuhrmeister+1 more|Max Planck Institute for Plasma Physics|Mar 22, 2010

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 55被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、M型矮星CN Leonisにおける巨大フレアの多波長観測を分析し、XMM-NewtonのX線およびVLT/UVESの光学データを統合して、コロナプラズマの時間的変化を特徴づける。フレア構造は、温度・密度・鉄の過剰度が増加しており、単一のループではなく、アーケード型の配置であることを示し、フレアサイズは9,000 km未塔であると制約される。

ABSTRACT

Stellar flares affect all atmospheric layers from the photosphere over chromosphere and transition region up into the corona. Simultaneous observations in different spectral bands allow to obtain a comprehensive picture of the environmental conditions and the physical processes going on during different phases of the flare. We investigate the properties of the coronal plasma during a giant flare on the active M dwarf CN Leo observed simultaneously with the UVES spectrograph at the VLT and XMM-Newton.From the X-ray data, we analyze the temporal evolution of the coronal temperature and emission measure, and investigate variations in electron density and coronal abundances during the flare. Optical Fe XIII line emission traces the cooler quiescent corona. Although of rather short duration (exponential decay time < 5 minutes), the X-ray flux at flare peak exceeds the quiescent level by a factor of 100. The electron density averaged over the whole flare is greater than 5 * 10^11 cm^-3. The flare plasma shows an enhancement of iron by a factor of approx. 2 during the rise and peak phase of the flare. We derive a size of <9000 km for the flaring structure from the evolution of the the emitting plasma during flare rise, peak, and decay. The characteristics of the flare plasma suggest that the flare originates from a compact arcade instead of a single loop. The combined results from X-ray and optical data further confine the plasma properties and the geometry of the flaring structure in different atmospheric layers.

研究の動機と目的

• CN Leonisにおける巨大星フレア発生時におけるコロナプラズマの性質の時間的変化を調査すること。
• 多波長データを用いて、フレア構造の幾何学的形状および物理的条件を特定すること。
• コロナ層の蒸発と磁気再結合がフレアダイナミクスに果たす役割を評価すること。
• X線および光学診断を用いて、フレア領域のサイズと複雑さを制約すること。
• フレア段階中のコロナ温度、発光度、電子密度、および元素の過剰度の変動を分析すること。

提案手法

• XMM-Newtonからの同時X線観測を用いて、コロナ温度および発光度の時間的変化を導出する。
• X線データのスペクトルフィッティングを適用し、電子密度および元素過剰度（特に鉄）を測定する。
• UVES/VLTからの光学的Fe xiii線発光を分析し、やや冷たい静止状態およびフレア時のコロナプラズマを追跡する。
• 流体力学的ループモデルおよびスケーリング則を用いて、フレア構造の物理的寸法を推定する。
• X線および光学データを統合し、大気層にわたるプラズマ状態を相互に検証する。
• フレア光曲線の形状および硬さ比の変化を用いて、単一ループを越えた構造的複雑さを推測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フレア中におけるコロナ温度、発光度、および電子密度の時間的変動は何か？
• RQ2 特に鉄の元素過剰度は、フレア上昇期およびピーク期にどのように変化するか？
• RQ3 フレア構造の物理的サイズおよび幾何学的形状は何か？これは単一ループ構造ではなく、アーケード型構造を支持するか？
• RQ4 観測されたX線および光学的放射は、プラズマの性質およびエネルギー放出メカニズムをどのように制約するか？
• RQ5 フレアの短時間継続および光曲線の形状は、コンパクトで複雑な活性領域を示唆する程度は何か？

主な発見

• フレアピーク時のX線放射度は、静止状態レベルを約100倍上回り、指数的減衰時間は5分未塔であった。
• フレア全体にわたる平均電子密度は5 × 10¹¹ cm⁻³を超えており、密度が高くコンパクトなプラズマ構造であることを示している。
• 鉄の過剰度はフレア上昇期およびピーク期に約2倍に増加し、蒸発した物質からの富化を示唆している。
• 発光プラズマの時間的変化に基づき、フレア構造のサイズは9,000 km未塔と制約された。
• 減衰期にわたり持続的な加熱が観測され、光曲線および硬さ比に部分構造が認められることから、複雑なアーケード型構造であると判明した。
• X線および光学データの統合的分析により、フレアが単一磁気ループではなく、コンパクトで多ループのアーケード構造から発生したというシナリオが支持された。