[論文レビュー] Observations and Modeling of Line Asymmetries in Chromospheric Flares

A. Berlicki|ArXiv.org|Apr 18, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、太陽コロナフレアにおける非対称なHα線プロファイルを解釈するための非LTEモデリング手法を提示している。合成プロファイルのフィッティングを用いて、コロナ層の流れ場を推定している。従来のバイセクタ法が光学的に濃厚な線に対して信頼性が低いことを示し、代わりに、流体力学的フレアモデルにおける放射遷移計算を用いて得た非LTE合成プロファイルとの直接比較が、特にフレアの徐々に進行する段階において、上昇流・下降流をより正確に診断できることを示している。

ABSTRACT

For many years various asymmetrical profiles of different spectral lines emitted from solar flares have been frequently observed. These asymmetries or line shifts are caused predominantly by vertical mass motions in flaring layers and they provide a good diagnostics for plasma flows during solar flares. There are many controversial results of observations and theoretical analysis of plasma flows in solar chromospheric flares. The main difficulty is the interpretation of line shifts or asymmetries. For many years, methods based on bisector techniques were used but they give a reliable results only for some specific conditions and in most cases cannot be applied. The most promising approach is to use the non-LTE techniques applied for flaring atmosphere. The calculation of synthetic line profiles is performed with the radiative transfer techniques and the assumed physical conditions correspond to flaring atmosphere. I will present an overview of different observations and interpretations of line asymmetries in chromospheric flares. I will explain what we have learnt about the chromospheric evaporation in the frame of hydrodynamical models as well as reconnection models. A critical review will be done on the classical methods used to derive Doppler-shifts for optically thick chomospheric lines. In particular, details on the new approach for interpreting chromospheric line asymmetries based on the non-LTE techniques will be presented.

研究の動機と目的

• スペクトル線の非対称性を用いたコロナ層フレアにおけるプラズマの流れを信頼性高く診断するという、長年の課題に取り組む。
• 光学的に濃厚なコロナ層線に対して誤った結果をもたらす古典的バイセクタ技術の限界を克服する。
• 時間依存の流体力学的フレアモデルからの合成プロファイルと観測プロファイルを一致させる非LTE放射遷移モデリングフレームワークを構築・適用する。
• 特に伝導熱フラックスによって駆動される穏やかな蒸発プロセスに関連する、観測された流れ場をコロナ層の蒸発プロセスの観点から解釈する。
• 将来的な空間的・同時的多波長観測（X線、EUV、UV、可視光、赤外線）の推進を提言する。

提案手法

• 非対称なHα線プロファイルは、時間依存の流体力学的フレアモデルに非LTE放射遷移技法を適用して計算された。
• 光学的厚さ（線心での光学的厚さτm）、初期速度（V₀）、および速度場の構造を変化させることで、合成プロファイルのグリッドを生成した。
• 2002年10月22日M1.0クラスのフレアからの観測Hαプロファイルは、χ²最小化手法を用いてグリッド内から最も近い合成プロファイルを選択することでフィッティングされた。
• 非LTE効果および光学的に濃厚なコロナ層線における強い放射遷移を考慮した診断が、正確さにとって不可欠である。
• 観測された線の非対称性と合成プロファイルを一致させることで、速度場が再構築され、負の速度は上昇流を示している。
• この手法はテイデ天文台のMSDP分光計のデータを用いて検証されており、高時間分解能・空間分解能の分析が可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的バイセクタ法が失敗する状況において、コロナ層フレアのスペクトル線非対称性を信頼性高く解釈する方法は何か？
• RQ2 非対称なHαプロファイルから推定されるコロナ層プラズマの流れ（上昇流対下降流）の真の性質は何か？
• RQ3 非LTE効果および放射遷移が、光学的に濃厚なコロナ層線のプロファイル解釈をどの程度歪めるか？
• RQ4 合成プロファイルフィッティングから得られた速度場は、フレアの流体力学的および再結合モデルの予測とどの程度一致するか？
• RQ5 太陽フレア中のプラズマの流れを完全に解明するためには、どのような観測上の改善が必要か？

主な発見

• バイセクタ法は、特に線の非対称性が複雑な場合、光学的に濃厚なコロナ層線に対して誤った速度推定値をもたらす。
• 非LTE合成プロファイルフィッティングは、非対称なHαプロファイルを示すフレアにおいて、コロナ層の流れ場をより信頼性高く診断する手法である。
• 2002年10月22日フレアからの観測Hαプロファイルは、上昇流（負の速度）を示しており、Antiochos & Sturrock (1978) の穏やかなコロナ層蒸発モデルと整合的である。
• 速度場は光学的厚さに依存する：上昇流は低い光学的厚さ（τm ≈ 0.1）で強く、高い光学的厚さ（τm = 10.0）では弱まる。
• 分析により、2つのフレア領域における速度場の時間的変化が明らかになり、フレアの徐々に進行する段階において持続的な上昇流が観測された。
• 本研究は、X線、EUV、UV、可視光帯域の密度の高い同時多波長観測が、フレアダイナミクスを完全に解明するために不可欠であることを強調している。