[論文レビュー] Successive Coronal Mass Ejections Associated with Weak Solar Energetic Particle Events

Bin Zhuang, Noé Lugaz+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 78被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、2007–2014年の間に発生した19件の二重コロナル・マス・エジェクション（CME）イベントを調査し、L1で弱い太陽高エネルギー粒子（SEP）イベントが発生したが、粒子加速に有利な条件下であった。マルチスペースクラフトを用いたリモートセンシングおよびインサイト観測により、主なCME（priCME）の速度がSEPピーク強度を支配する主要要因であることが特定された。また、経度および緯度における磁気的接続性、特に緯度方向の伝播方向が、他の要因が有利な状況下でも強力なSEP検出が得られない理由を説明している。

ABSTRACT

The scenario of twin coronal mass ejections (CMEs), i.e., a fast and wide primary CME (priCME) preceded by previous CMEs (preCMEs), has been found to be favorable to a more efficient particle acceleration in large solar energetic particle (SEP) events. Here, we study 19 events during 2007--2014 associated with twin-CME eruptions but without large SEP observations at L1 point. We combine remote-sensing and in situ observations from multiple spacecraft to investigate the role of magnetic connectivity in SEP detection and the CME information in 3-dimensional (3D) space. We study one-on-one correlations of the priCME 3D speed, flare intensity, suprathermal backgrounds, and height of CME-CME interaction with the SEP intensity. Among these, the priCME speed is found to correlate with the SEP peak intensity at the highest level. We use the projection correlation method to analyze the correlations between combinations of these multiple independent factors and the SEP peak intensity. We find that the only combination of two or more parameters that has higher correlation with the SEP peak intensity than the CME speed is the CME speed combined with the propagation direction. This further supports the dominant role of the priCME in controlling the SEP enhancements, and emphasizes the consideration of the latitudinal effect. Overall, the magnetic connectivity in longitude as well as latitude and the relatively lower priCME speed may explain the existence of the twin-CME SEP-poor events. The role of the barrier effect of preCME(s) is discussed for an event on 2013 October 28.

研究の動機と目的

• 粒子加速に有利な条件下でも弱いSEPイベントを引き起こす二重CMEイベントの理由を理解すること。
• 経度および緯度における磁気的接続性が、インサイト観測でのSEP検出レベルに与える影響を評価すること。
• priCME速度、フレアの強度、準熱的背景、CME同士の相互作用がSEPピーク強度に与える影響を評価すること。
• priCME速度単独よりも、CMEパラメータの組み合わせがSEP強度の予測を向上させるかどうかを検証すること。
• 非対称な経度分布モデルを用いて、最良の接続状態におけるSEPピーク強度を推定すること。

提案手法

• SOHO、STEREO、ACE、Wind、SDOのリモートセンシングおよびインサイト観測を統合し、3次元CME運動学および磁気的接続性を再構築した。
• CMEパラメータとSEPピーク強度（I0）との多変量相関を分析するため、投影相関法（projection correlation method）を用いた。
• 2つの経度分布モデルを適用した：EqI（非対称、Xie et al. 2019 からのもの）およびEqII（対称ガウス分布、Lario et al. 2013 からのもの）を用いて、I0を推定した。
• 観測値と推定値のI0間の平均二乗誤差（RMS）を計算し、モデルの妥当性を検証した。
• 個々のパラメータ（例：Vpri、△θ、ISXR、Ib、dn）とI0との1対1相関分析を実施した。
• パラメータの組み合わせの有意性を、投影相関を用いて評価し、単一要因を上回る予測力があるかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ一部の二重CMEイベントは、CME構造が有利であるにもかかわらず、強力なSEPイベントを発生させないのか？
• RQ2 他のCMEおよびフレアパラメータと比較して、priCME速度がSEPピーク強度にどの程度寄与しているのか？
• RQ3 経度および緯度における磁気的接続性は、1AUにおけるSEPイベント検出にどのように影響するのか？
• RQ4 priCME速度と伝播方向の組み合わせが、速度単独の場合よりもSEP強度の予測を改善するのか？
• RQ5 準熱的粒子背景およびCME同士の相互作用距離は、SEP強度の増幅にどのような役割を果たすのか？

主な発見

• priCME速度（Vpri）は、SEPピーク強度と最も高い相関係数（CC）を示し、I0を支配する主要要因であることを確認した。
• priCMEの緯度方向伝播方向（△θ）を含めることで、SEPが弱いイベントにおける相関が顕著に向上し、緯度方向の磁気的接続性の重要性が浮き彫りになった。
• フレアの軟X線ピーク放射度（ISXR）はI0と弱い相関（CC = 0.384）を示すが、これはCME速度との相関に混同されている可能性がある。
• 準熱的陽子背景（Ib）は、SEPが豊富なイベントにおいてのみ中程度の相関（CC ~0.5）を示し、衝撃加速の種粒子としての役割を示唆している。
• CME同士の相互作用距離の正規化された距離（dn）は、SEPが豊富なイベントにおいてのみI0と相関（CC = 0.568）を示し、事前のCMEとpriCMEの近接度が高いほど粒子放出が促進されることを支持している。
• 2つ以上のパラメータの組み合わせが、Vpri単独のものよりも投影相関係数を向上させることはなく、priCME速度がSEP強度を支配する主要要因であることを再確認した。