[論文レビュー] On the Cause of Supra-Arcade Downflows

P. A. Cassak, J. F. Drake+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、上層アークダウンフロー（SADs）が、ガイド磁場を伴う空間的に局所的で時間的に連続的な磁気リコネクションジェットによって引き起こされ、密度が低く薄いチャンネルが密度の層状に積み重なった太陽コロナ内で形成されることを提案する。3次元シミュレーションにより、このようなリコネクションがコリメートされた流れを維持することを確認し、太陽フレアで観測された持続的で細いSADの形状を説明する。

ABSTRACT

A model of supra-arcade downflows (SADs), dark low density regions also known as tadpoles that propagate sunward during solar flares, is presented. It is argued that the regions of low density are flow channels carved by sunward-directed outflow jets from reconnection. The solar corona is stratified, so the flare site is populated by a lower density plasma than that in the underlying arcade. As the jets penetrate the arcade, they carve out regions of depleted plasma density which appear as SADs. The present interpretation differs from previous models in that reconnection is localized in space but not in time. Reconnection is continuous in time to explain why SADs are not filled in from behind as they would if they were caused by isolated descending flux tubes or the wakes behind them due to temporally bursty reconnection. Reconnection is localized in space because outflow jets in standard two-dimensional reconnection models expand in the normal (inflow) direction with distance from the reconnection site, which would not produce thin SADs as seen in observations. On the contrary, outflow jets in spatially localized three-dimensional reconnection with an out-of-plane (guide) magnetic field expand primarily in the out-of-plane direction and remain collimated in the normal direction, which is consistent with observed SADs being thin. Two-dimensional proof-of-principle simulations of reconnection with an out-of-plane (guide) magnetic field confirm the creation of SAD-like depletion regions and the necessity of density stratification. Three-dimensional simulations confirm that localized reconnection remains collimated.

研究の動機と目的

• SADがなぜ背後に流れ込む周囲のプラズマによって埋まることなく、細く持続的であるのかという長年の謎を解明すること。
• 太陽フレアで観測されたSADの形態的安定性と細い幅を説明すること。
• SADを孤立したフラックスチューブの下降や一時的で断続的なリコネクションに起因するとする従来のモデルに挑戦すること。
• ガイド磁場がコリメートされたリコネクションジェットの流れを維持する役割を調査すること。

提案手法

• ガイド磁場を伴うリコネクションの2次元プロトタイプモデルを構築し、SADに類似した密度低減の形成を示す。
• フレア領域が下方のアークレッドよりも密度が低いというコロナ内のプラズマ密度の層状構造を組み込む。
• 局所的リコネクションがガイド磁場を伴っても法線方向にコリメーションを維持するかを検証するため、3次元シミュレーションを実施する。
• SADの背後に流れ込むのを防ぐために、時間的に連続的だが空間的に局所化されたリコネクションとしてモデル化する。
• ジェットの拡張ダイナミクスを平面外方向および法線方向で分析し、コリメーション特性を評価する。
• シミュレートされたSADの形状を観測結果と比較し、本モデルが細く太陽に向かって進行する特徴と整合的であるかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜSADは周囲のプラズマに埋められるのではなく、細く持続的であるのか？
• RQ2 ガイド磁場の存在が3次元的にリコネクションジェットのコリメーションにどのように影響するのか？
• RQ3 連続的なリコネクションは、時間的ギャップがないままSADの持続的存続を説明できるのか？
• RQ4 なぜ標準的な2次元リコネクションモデルでは観測されたSADの細い幅を再現できないのか？
• RQ5 コロナプラズマの層状構造は、SADの形成と可視化にどのような役割を果たすのか？

主な発見

• SADは、空間的に局所化されたリコネクションから発する太陽に向かって進行するジェットによって、層状に積み重なったコロナ内で低密度のチャンネルが形成されることによって生じる。
• 時間的に連続的なリコネクションにより、SADが背後に流れ込むプラズマによって埋められるのを防ぎ、観測された持続的特徴と整合的である。
• ガイド磁場を伴うリコネクションは、法線方向に細く保たれるコリメートされたジェットを生成し、観測されたSADの形状と一致する。
• ガイド磁場を伴う2次元シミュレーションは、SADに類似した密度低減を効果的に生成でき、核心的なメカニズムを検証する。
• 3次元シミュレーションにより、ガイド磁場を伴う局所的リコネクションがコリメーションを維持することを確認し、観測されたSADの細さを説明できる。
• 本モデルは、2次元リコネクションモデルが細いSADを再現できない理由を説明する——法線方向に物理的に不自然な拡張が生じるためである。