[論文レビュー] Photospheric response to EB-like event

S. Danilović, S. K. Solanki+11 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2016

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、高分解能のSunrise/IMaX観測とらせん状磁気フラックス上昇の3次元MHDシミュレーションを用いて、エラーイマンボム（EB）に類似したイベントに対する光球応答を調査する。再結合が光球上に位置する（表面から約200 km上）、再結合発生位置が確認された。Fe I 525.02 nm線形成は再結合高さに感応しないが、再結合後の加熱と運動を明らかにする。シミュレーションでは、観測された温度および速度構造を再現できないことが判明し、モデルにおける磁気浮力不足と一時的フラックス供給の不十分さが原因である。

ABSTRACT

Ellerman Bombs are signatures of magnetic reconnection, which is an important physical process in the solar atmosphere. How and where they occur is a subject of debate. In this paper we analyse Sunrise/IMaX data together with 3D MHD simulations that aim to reproduce the exact scenario proposed for the formation of these features. Although the observed event seems to be more dynamic and violent than the simulated one, simulations clearly confirm the basic scenario for the production of EBs. The simulations also reveal the full complexity of the underlying process. The simulated observations show that the Fe I 525.02 nm line gives no information on the height where reconnection takes place. It can only give clues about the heating in the aftermath of the reconnection. The information on the magnetic field vector and velocity at this spatial resolution is, however, extremely valuable because it shows what numerical models miss and how they can be improved.

研究の動機と目的

• 太陽大気における磁気再結合に関連する一時的明るみであるエラーイマンボム（EB）の光球的特徴を理解すること。
• らせん状フラックス上昇の3次元MHDシミュレーションが、光球線および磁場において観測されたEB特性を再現できるかどうかを検証すること。
• Fe I 525.02 nm線が再結合高さおよびエネルギー堆積の診断に信頼できる情報を与えるかどうかを評価すること。
• 特に温度および速度構造において観測とシミュレーションの乖離を特定し、その原因を同定すること。
• 持続的磁気フラックス供給および浮力の増強といった、欠落している物理的要因を同定し、数値モデルを改善すること。

提案手法

• 2013年Sunrise IIミッション中のNOAA AR 11768で観測されたEBに類似したイベントの、高空間分解能および偏光分解能を有するSunrise/IMaX観測の分析。
• 光球下かららせん状に上昇する磁気フラックスを正確に再現する3次元MHDシミュレーション。
• 観測とシミュレーションの両方に同一の逆問題技術を適用し、温度、磁場ベクトル、速度構造を復元する。
• シミュレーションと観測の線幅、強度変動、磁場トポロジーを比較し、モデルの忠実性を検証する。
• シミュレーションパイプラインに、機器のスペクトル的・空間的・偏光分解能を組み込み、現実的な合成観測を保証する。
• Fe I 525.02 nm線形成高さの分析を用いて、再結合位置およびエネルギー堆積の診断的価値を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sunrise/IMaXが観測したEBに類似したイベントの光球応答は、らせん状フラックス上昇の3次元MHDシミュレーションの予測と一致するか？
• RQ2 Fe I 525.02 nm線は、EBにおける磁気再結合の高さを信頼できる情報で提供できるか？
• RQ3 シミュレーション内で観測されたEBフットポイントにおける温度および速度増大を説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ4 なぜシミュレーションはEBにおける観測された温度および速度構造の全動的範囲を再現できないのか？
• RQ5 観測された強度および速度変化とよりよく一致させるために、初期磁場設定にどのような修正が必要か？

主な発見

• EBに類似したイベントにおける再結合は、太陽表面から約200 km上にある光球で発生する。これは提案されたシナリオと整合的である。
• Fe I 525.02 nm線は再結合高さに関する直接的情報を提供しない。再結合後の加熱および下降するジェットの影響で、線形成高さが下方にずれるためである。
• シミュレーションはHαのウェッジでの典型的なEB形態と観測された磁場トポロジーを再現しており、基本的な再結合シナリオが妥当であることを確認している。
• シミュレーションにおける温度上昇は、以前のEBモデルと整合的であるが、一部のフットポイント領域で観測された高値に達しない。
• 磁気浮力不足および一時的フラックス供給の不十分さにより、シミュレーションはイベントの動的性質、特に速度および温度の時間変化を低く見積もっている。
• 観測と一致させるには、シミュレーションよりも少なくとも3倍以上長く持続する上昇流が必要である。これは、モデルにおけるフラックス供給を延長または強化する必要があることを示唆している。