[論文レビュー] Some characteristics of the GLE on 10 September 2017

V. G. Kurt, A.G. Belov+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2018

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 23被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、2017年9月10日に発生した地上付近増強（GLE）を、GOES-13および中性子モニタ（NMs）のデータを用いて調査した。16:06–16:08 UTに地球に到達した狭い、非等方的な陽子ビームが、15:53–15:55 UTまでに太陽から放出されたことが、ガンマ線発生タイミングと惑星間伝播モデルに基づいて特定された。高エネルギー陽子放出のタイミングは約3分の精度で解明された。

ABSTRACT

We present a short overview of the event associated with the recent strong solar flare on 10 September 2017 (X 8.2) based on the available data both from satellite GOES-13 and from selected neutron monitors. The onset time of SPE/GLE at 1 AU was found between 16:06 and 16:08 UT. The GLE effect was anisotropic with a maximum increase of 6 %. The maximum energy of accelerated protons was about 6 GeV. We estimated the release time of sub-relativistic protons into open field lines as 15:53 to 15:55 UT.

研究の動機と目的

• 高緯度の中性子モニタ（NM）データを用いて、2017年9月10日のGLEの発生時刻と非等方性を特定すること。
• 1 AUにおけるGLE発生時刻と、パイオン崩壊に伴う高エネルギーガンマ線放射の観測を比較することで、準相対性速度の陽子が惑星間空間に放出された時刻を推定すること。
• 高エネルギー陽子がフレア期に加速されるのか、CME駆動シャockによって加速されるのかという論争を解消するため、陽子の放出時刻を制約すること。
• Fermi/LATおよびCORONAS/SONGの独立した観測を用いて、陽子加速タイミングを検証し、3分以内の精度に向上させること。

提案手法

• 高緯度ステーション（ティュール、ジャンボゴ、フォート・スミスなど）に焦点を当てた、NMDBネットワークの高分解能中性子モニタデータを用いた。
• 北極および南極のNMs間の計数率変動を比較し、地磁気カットオフ剛性（<1.4 GV）が低い11か所のステーションの平均データを用いて統計的ノイズを低減した。
• 陽子速度を約0.8c、惑星間経路長を約1.2 AUと仮定して、太陽から地球への伝播遅延を推定するための飛行時間解析を実施した。
• Fermi/LATが約15:58 UTに観測したパイオン崩壊に伴うガンマ線発生開始時刻と、16:06–16:08 UTのGLE発生時刻を照合し、陽子放出時刻を推定した。
• 15:58 UTのガンマ線発生開始時刻と16:06–16:08 UTのGLE発生開始時刻を用いて、750秒の伝播遅延を計算し、陽子が15:53–15:55 UTまでに放出されたと示唆した。
• 2005年1月20日のGLEイベント（既知のガンマ線発生時刻：06:44:40 UT、GLE発生時刻：06:48:30 UT）を用いて、手法の妥当性を検証した。結果として、陽子放出時刻の推定が一貫していることが確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 AUにおける2017年9月10日GLEの正確な発生時刻は何か？ また、高エネルギー陽子は太陽からいつ放出されたのか？
• RQ2 GLEイベントの発生時刻における非等方性は、どのように特定されたのか？ その根拠となる証拠は何か？
• RQ3 パイオン崩壊に伴う高エネルギーガンマ線放射のタイミングは、陽子加速および放出時刻をどのように制限するか？
• RQ4 GLE観測とガンマ線観測を併用することで、陽子放出時刻を1分未塔の精度で推定できるか？
• RQ5 惑星間磁場（IMF）の接続性と粒子伝播が、観測された非等方性に果たす役割は何か？

主な発見

• 1 AUにおけるGLE発生時刻は、複数の高緯度ステーションのNMsデータにより、16:06–16:08 UTに確認された。
• イベントは発生当初から強い非等方性を示し、フォート・スミスNMが他のNMと比べ顕著に増加した。これは、狭い陽子ビームが到達したことを示している。
• GLEを引き起こす陽子は、太陽から15:53–15:55 UTまでに放出されたと判明した。これは、太陽から地球への伝播遅延が約750秒（0.8cで計算）であることに基づく。
• Fermi/LATが観測したパイオン崩壊に伴うガンマ線発生開始時刻（約15:58 UT）は、陽子加速および放出が15:50 UT以前には起こり得ないことを裏付けた。
• 推定された陽子放出時刻は、フレアのインパルス的段階と整合的であり、磁気再結合に伴う直接的加速を支持する。
• 本手法により、陽子放出時刻の推定精度が約3分にまで向上した。2005年1月20日のGLEイベントを用いた検証により、一貫性のある結果が得られた。