[論文レビュー] Parker Solar Probe detects solar radio bursts related with a behind-the-limb active region

A. A. Stanislavsky, I. N. Bubnov+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 31被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、Parker太陽探査機（PSP）が太陽の縁の後方にある活動領域（AR 12765）からの太陽電波爆発を、PSP側の低密度コロナ状態によって検出できたことを示している。PSPの局所的電波データと、Giant Ukrainian Radio Telescope（GURT）からの高分解能地上観測データを組み合わせることで、太陽コロナ密度モデルを精緻化し、電波が高密度な磁気ループから、静穏で低密度な領域へと伝播したことが確認された。これにより、視線の遮断にもかかわらず検出が可能になった。

ABSTRACT

The interpretation of solar radio bursts observed by Parker Solar Probe (PSP) in the encounter phase plays a key role in understanding intrinsic properties of the emission mechanism in the solar corona. Lower time-frequency resolution of the PSP receiver can be overcome by simultaneous ground-based observations using more advanced antennas and receivers. In this paper we present such observations for which the active active region 12765, begetter of type III, J, and U solar bursts, was within sight of ground-based instruments and behind the solar limb of the PSP spacecraft. We used a subarray of the Giant Ukrainian Radio Telescope (GURT) to get the spectral properties of radio bursts at the frequency range of 8-80 MHz, as well as the PSP radio instruments with a bandwidth of 10.5 kHz - 19.2 MHz, during solar observations on June 5, 2020. We directly detected the radio events initiated by the active region behind the solar limb of the PSP spacecraft, using special conditions in the solar corona, due to the absence of active regions from the PSP side. Following the generation mechanism of solar radio emission, we refined the density model for the solar corona above the active region 12765 responsible for the radio bursts. Based on the PSP spacecraft position near the Sun and delays of radio waves between space- and ground-based records, we found the corresponding radio responses on the PSP spectrogram. The absence of sunspots from the PSP side contributes to the propagation of radio waves from a dense loop of the Sun to quiet regions with low densities, through which PSP instruments can detect the radiation.

研究の動機と目的

• Parker太陽探査機（PSP）から見て太陽縁の後方にある活動領域（AR 12765）からの電波爆発の検出を調査すること。
• PSPの時間周波数分解能が限られているのを補うために、高分解能の地上電波観測を用いること。
• 観測された電波爆発の特徴に基づいて、AR 12765上空のコロナ密度モデルを精緻化すること。
• PSPへの電波伝播経路を、時間遅れと空間幾何学的配置を考慮して特定すること。
• PSPが直接視認できない領域からの電波放射を検出可能にする条件を理解すること。

提案手法

• PSPのFIELDS機器（LFRおよびHFR受信機）を用いて、太陽から0.15 auの接近フェーズ中に10.5 kHz ～ 19.2 MHz をカバーする同時観測が実施された。
• 地上観測データは、8～80 MHzで動作するGiant Ukrainian Radio Telescope（GURT）のサブアレイを用い、周波数分解能38.147 kHz、時間分解能約100 msで取得された。
• e–Callisto、RSTN（イタリア）、NDA（フランス）からの追加データを用いて、観測の相互検証と源の局所化を向上させた。
• 周波数、強度、ドリフトレートなどの電波爆発特徴を分析し、タイプIII、J、U爆発の特定と関連性を特定した。
• 地上観測とPSP観測の間の時間遅れを計算し、源の位置を三角測定し、縁の後方からの起源を確認した。
• 特に高密度ループから低密度領域への遷移を考慮して、放射メカニズムと伝播条件をもとにコロナ密度モデルを精緻化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Parker太陽探査機は、太陽縁の後方にある活動領域からの電波爆発を検出可能か？
• RQ2 コロナ密度構造は、縁の後方からの電波伝播をPSPに可能にする役割を果たすか？
• RQ3 高時間周波数分解能を有する地上観測は、PSPの低分解能電波データの解釈をどのように改善するか？
• RQ4 AR 12765からの電波放射の角度指向性は何か？また、電子ビームの伝播方向とどのように関係するか？
• RQ5 観測された高周波数カットオフと伝播遅れは、太陽電波爆発放射メカニズムの理解にどのような意味を持つか？

主な発見

• PSPは、視線の遮断にもかかわらず、太陽縁の後方にあるAR 12765からのU+J+III爆発連関を正常に検出した。
• PSP側に存在する低密度コロナ領域のおかげで、高密度磁気ループから電波が宇宙船へと伝播できた。
• 100 msの時間分解能と38.147 kHzの周波数分解能を持つ地上GURT観測により、PSPの7秒周期データでは完全に解像されなかった弱いタイプIII爆発とU+J+III連関が特定された。
• 電波爆発の角度指向性は212°以上であると推定され、活動領域からのタイプIII爆発の径方向放射パターンと整合的であった。
• 地上観測とPSP観測の間の時間遅れを用いて、源の位置を確認し、伝播モデルを検証した。その結果、電波は縁の後方のARから低密度プラズマを通ってPSPへと伝播したことが示された。
• 特に高密度から低密度への遷移を考慮して、観測された爆発特徴と伝播条件を統合することで、AR 12765上空のコロナ密度モデルが精緻化された。