[論文レビュー] Nature of the energy source powering solar coronal loops driven by nanoflares

Chitta, L. P., Peter, H.+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2018

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 58

ひとこと要約

本研究では、黒点層の磁気フラックスキャンセレーションによって引き起こされるコロナ層の磁気再結合が、活発な領域における太陽コロナループを駆動する主要なエネルギー源であると特定した。SDO/AIAおよびHMIの連携観測を用いて、混合極性磁気領域における10^15 Mx s⁻¹のフラックスキャンセレーションが、EUVにおける局所的なコロナ輝度上昇を引き起こすことを示した。これは、再結合によるエネルギー解放がナノフレア加熱を受けるループを駆動することを示している。研究結果は、このメカニズムが静穏太陽コロナの維持にも寄与している可能性を示唆している。

ABSTRACT

Magnetic energy is required to heat the corona, the outer atmosphere of the Sun, to millions of degrees. We study the nature of the magnetic energy source that is probably responsible for the brightening of coronal loops driven by nanoflares in the cores of solar active regions. We consider observations of two active regions (ARs), 11890 and 12234, in which nanoflares have been detected. To this end, we use ultraviolet (UV) and extreme ultraviolet (EUV) images from the Atmospheric Imaging Assembly (AIA) onboard the Solar Dynamics Observatory (SDO) for coronal loop diagnostics. These images are combined with the co-temporal line-of-sight magnetic field maps from the Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) onboard SDO to investigate the connection between coronal loops and their magnetic roots in the photosphere. The core of these ARs exhibit loop brightening in multiple EUV channels of AIA, particularly in its 9.4 nm filter. The HMI magnetic field maps reveal the presence of a complex mixed polarity magnetic field distribution at the base of these loops. We detect the cancellation of photospheric magnetic flux at these locations at a rate of about $10^{15}$ Mx s$^{-1}$. The associated compact coronal brightenings directly above the cancelling magnetic features are indicative of plasma heating due to chromospheric magnetic reconnection. We suggest that the complex magnetic topology and the evolution of magnetic field, such as flux cancellation in the photosphere and the resulting chromospheric reconnection, can play an important role in energizing active region coronal loops driven by nanoflares. Our estimate of magnetic energy release during flux cancellation in the quiet Sun suggests that chromospheric reconnection can also power the quiet corona.

研究の動機と目的

• 活発な領域におけるコロナループの加熱に寄与するエネルギー源を特定すること、特にナノフレアに起因するものであるかを理解すること。
• 活発領域におけるコロナループの輝度上昇と、光球層の磁場の進化との関連を調査すること。
• ループの磁気的基部におけるフラックスキャンセレーションとコロナ層再結合が、コロナ加熱に十分なエネルギーを供給できるかどうかを特定すること。
• このメカニズムが活発領域および静穏太陽コロナの両方を駆動する可能性を評価すること。

提案手法

• SDO/AIA（12秒間隔）の同時刻のUVおよびEUV画像を分析し、活発領域AR 11890およびAR 12234におけるコロナループの輝度上昇を検出した。
• SDO/HMI（45秒間隔）の視線方向磁場マップを用いて、明るいコロナループの下部における光球層磁束の変化を追跡した。
• 磁束キャンセレーションの位置を特定するため、約10^15 Mx s⁻¹の速度で光球層磁束が単調に減少することを測定した。
• コロナループの輝度上昇のタイミングと場所を、光球層のフラックスキャンセレーションおよびコロナ層再結合の痕跡と照合した。
• 式 ẋE = (1/4π) B ẋΦ H を用いて磁気エネルギー解放レートを推定した。ここで B ≈ 10–100 G、ẋΦ ≈ 8×10^20 Mx s⁻¹、H ≈ 500 km とした。
• 推定されたエネルギー解放レート（約10^28–10^29 erg s⁻¹）を、静穏太陽コロナの観測されたエネルギー要件（約10^28 erg s⁻¹）と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 活発領域コア部におけるコロナループの輝度上昇を駆動する磁気エネルギー源の性質は何か？
• RQ2 光球層磁束キャンセレーションは、コロナループ加熱およびナノフレア活動とどのように関連しているか？
• RQ3 フラックスキャンセレーションによって引き起こされるコロナ層再結合が、コロナを加熱するのに十分なエネルギーを供給できるか？
• RQ4 このメカニズムは、静穏太陽コロナの駆動に対しても有効であるか？

主な発見

• AR 11890およびAR 12234におけるコロナループの輝度上昇、特にAIA 9.4 nmフィルター（約7 MKのプラズマに感受性）では、約10^15 Mx s⁻¹の速度で発生する光球層フラックスキャンセレーションと関連している。
• HMI磁場マップから、ループの足場部に複雑な混合極性磁場環境が存在し、明確なフラックスキャンセレーションおよび再結合の兆候が確認された。
• キャンセレーション磁気特徴の真上に位置するコンパクトなコロナ輝度上昇は、コロナ層磁気再結合によるプラズマ加熱を示している。
• フラックスキャンセレーションによる磁気エネルギー解放レートは、約10^28–10^29 erg s⁻¹と推定され、静穏太陽コロナを維持するのに必要なエネルギーと一致した。
• 観測されたエネルギー解放レートは、静穏太陽コロナを駆動するのに十分であり、フラックスキャンセレーション中のコロナ層再結合が実用的な加熱メカニズムである可能性を示唆している。
• 研究結果は、活発領域におけるナノフレア様加熱が、主にコロナ層の磁気再結合によって駆動されており、コロナ層のブレーディングや波動の散逸によるものではないという仮説を支持している。