[論文レビュー] Temporal evolution of the Evershed flow in sunspots. I. Observational characterization of Evershed clouds

D. Cabrera Solana, L. R. Bellot Rubio+2 more|ArXiv.org|Jul 18, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 38被引用数 26

ひとこと要約

本研究は、 sunspot の penumbrae 内の Evershed clouds (ECs) における、初めての高時間分解能・高解像度のフルベクトル分光偏光解析を提示し、その時間的変化、運動学的性質、磁気的特徴を明らかにした。ECs は中間 penumbra から径方向に外向きに進み、ドップラーシフトが増大し、線形偏光対円偏光比が上昇する。2種類のタイプに分けられる：タイプ I は外側 penumbra で消滅するが、タイプ II は moat に進入し、速度が低下し、寿命が短縮される（約14分）。これは、光球環境および磁場構造との動的相互作用を示している。

ABSTRACT

[Abridged] The magnetic and kinematic properties of the photospheric Evershed flow are relatively well known, but we are still far from a complete understanding of its nature. The evolution of the flow with time, which is mainly due to appearance of velocity packets called Evershed clouds (ECs), may provide information to further constrain its origin. Here we undertake a detailed analysis of the evolution of the Evershed flow by studying the properties of ECs. In this first paper we determine the sizes, proper motions, location in the penumbra, and frequency of appearance of ECs, as well as their typical Doppler velocities, linear and circular polarization signals, Stokes V area asymmetries, and continuum intensities. High-cadence, high-resolution, full vector spectropolarimetric measurements in visible and infrared lines are used to derive these parameters. We find that ECs appear in the mid penumbra and propage outward along filaments with large linear polarization signals and enhanced Evershed flows. The frequency of appearance of ECs varies between 15 and 40 minutes in different filaments. ECs exhibit the largest Doppler velocities and linear-to-circular polarization ratios of the whole penumbra. In addition, lines formed deeper in the atmosphere show larger Doppler velocities, much in the same way as the ''quiescent'' Evershed flow. According to our observations, ECs can be classified in two groups: type I ECs, which vanish in the outer penumbra, and type II ECs, which cross the outer penumbral boundary and enter the sunspot moat. Most of the observed ECs belong to type I. On average, type II ECs can be detected as velocity structures outside of the spot for only about 14 min. Their proper motions in the moat are significantly reduced with respect to the ones they had in the penumbra.

研究の動機と目的

• Evershed 流の時間的変化を、Evershed clouds (ECs) の詳細な観測的分析を通じて特徴づけること。
• ECs の空間的および運動学的性質（サイズ、適切運動、寿命、penumbra 内の位置など）を特定すること。
• ストークスプロファイルおよび偏光信号の解析を通じて、ECs と磁場との関係を調査すること。
• ECs の伝播行動および外側 penumbral boundary や sunspot moat との相互作用に基づき、異なるタイプに分類すること。
• ドップラー速度および偏光比が大気高さおよび太陽円盤中心に依存する程度を調査すること。

提案手法

• TIP および POLIS 計器を用いた VTT および DOT での観測により、可視光（630 nm）および赤外線（1565 nm）線における高時間分解能・高解像度のフルストークス分光偏光測定が実施された。
• 適応光学（KAOS）を用いて回折限界の空間分解能（約0.17″–0.145″）を達成し、画像の劣化を低減した。
• 高時間分解能データ（時間分解能 ~4 分）におけるドップラーシフトおよび線幅非対称性の時間系列解析を通じて、ECs が同定された。
• 線幅パラメータ解析およびストークス反転を用いて、ドップラー速度、線形および円偏光信号、面積非対称性が抽出された。
• ECs はタイプ I（外側 penumbra で消滅）およびタイプ II（moat に進入）に分類され、その寿命、速度、形状が空間的・時間的に追跡された。
• 視線効果を補正するための幾何学的補正を用いて、ECs の性質が半径距離および円盤中心に与える依存関係が定量化された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ECs のサイズ、適切運動、寿命は、中間 penumbra から外側 penumbra および moat にかけてどのように変化するか？
• RQ2 ECs におけるドップラー速度、線形対円偏光比、磁場幾何学的構造は、周囲の penumbral filaments と比較してどのような関係にあるか？
• RQ3 タイプ I およびタイプ II の Evershed clouds の運動学的および形状的変化にどのような差があるか。特に、moat 内での速度、形状、持続時間の観点から。
• RQ4 ECs の観測ドップラーシフトおよび偏光信号は、大気高さおよび太陽円盤中心とどのように相関するか？
• RQ5 ECs が moat に進入する際に、外側 penumbral boundary や静穏光球層にどのような影響を及ぼすか？

主な発見

• Evershed clouds (ECs) は中間 penumbra に出現し、filament 沿いに径方向に外向きに進み、適切運動が約1.8 km s⁻¹ である。タイプ I ECs は4分の観測時間分解能未満の寿命を示す。
• moat に進入するタイプ II ECs は、顕著に低下した適切運動（約0.9 km s⁻¹）を示し、静穏光球層内の速度構造として約14分間のみ検出可能である。
• ECs は penumbra 内で最大のドップラー速度および線形対円偏光比を示す。より深い大気層を示す線幅（1565 nm）では、より強いドップラーシフトが観測され、下部光球層での強化された流れを示唆している。
• ECs は内側 penumbra の内側スピン間隔よりも明るいが、中間および外側 penumbra ではその明るさの超過は消失する。
• ECs のドップラー速度は、その適切運動の視線成分投影よりも系統的に大きい。これは、顕著な水平流れ成分があることを示している。
• ECs は半径距離とともにブルーシフト、線形対円偏光比、面積非対称性が増大し、その経路に沿って磁気的および動的摂動が強化されていることを示唆している。