[論文レビュー] Temporal evolution of the Evershed flow in sunspots. II. Physical properties and nature of Evershed clouds

D. Cabrera Solana, L. R. Bellot Rubio+2 more|ArXiv.org|Sep 11, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 23被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Evershed雲（ECs）が、磁場構成の変化ではなく、局所的な圧力および密度の摂動によって、減光帯のフラックスチューブの可視性の一時的上昇に起因すると提案している。高解像度分光偏光データのアンコイルド・ストークス逆問題解法により、ECsは磁気的異常ではなく、上部チューブ圧力の低下に起因する光学的厚さスケールの下方シフトによって引き起こされるチューブ可視性の向上であることが判明し、これがDoppler速度の増幅および減光帯フィラメントに沿った運動を説明する。

ABSTRACT

Context: Evershed clouds (ECs) represent the most conspicuous variation of the Evershed flow in sunspot penumbrae. Aims: We determine the physical properties of ECs from high spatial and temporal resolution spectropolarimetric measurements. Methods: The Stokes profiles of four visible and three infrared spectral lines are subject to inversions based on simple one-component models as well as more sophisticated realizations of penumbral flux tubes embedded in a static ambient field (uncombed models). Results: According to the one-component inversions, the EC phenomenon can be understood as a perturbation of the magnetic and dynamic configuration of the penumbral filaments along which these structures move. The uncombed inversions, on the other hand, suggest that ECs are the result of enhancements in the visibility of penumbral flux tubes. We conjecture that the enhancements are caused by a perturbation of the thermodynamic properties of the tubes, rather than by changes in the vector magnetic field. The feasibility of this mechanism is investigated performing numerical experiments of thick penumbral tubes in mechanical equilibrium with a background field. Conclusions: While the one-component inversions confirm many of the properties indicated by a simple line parameter analysis (Paper I of this series), we tend to give more credit to the results of the uncombed inversions because they take into account, at least in an approximate manner, the fine structure of the penumbra.

研究の動機と目的

• 高空間・時間分解能分光偏光データを用いて、Evershed雲（ECs）の物理的性質を特定すること。
• 長年の疑問である、ECsが減光帯フラックスチューブ内の真の磁気的摂動を示すのか、それとも可視性の変化に起因するのかを解明すること。
• ECsが磁場の幾何的形状の変化に起因するのか、それともフラックスチューブ内の熱力学的変化に起因するのかを調査すること。
• 厚いフラックスチューブが力学的平衡状態にある場合の数値実験を通じて、圧力／密度摂動メカニズムの妥当性を検証すること。
• 一成分モデルとアンコイルド逆問題モデルを比較し、複雑な減光帯構造における物理的解釈の信頼性を評価すること。

提案手法

• 4本の可視光（630 nm）および3本の赤外線（1565 nm）スプライスラインのストークスプロファイルを、1つの均一な大気モデルを仮定して、1解像度要素あたり1つの大気状態を想定して逆問題解法を実施した。
• 減光帯の微細構造を反映させるために、アンコイルドモデルを適用し、異なる物理的パラメータを持つフラックスチューブとバックグラウンド大気を明示的にモデル化した。
• 逆問題コードでは、高さに依存しない磁場、速度勾配、および可視光と赤外線範囲で別々の漏れ光寄与を設定し、出射強度をチューブ成分とバックグラウンド成分の線形結合としてモデル化した。
• 厚い減光帯フラックスチューブが力学的平衡状態にある物理的モデルを構築し、ガス圧力と密度を変化させて、それらが光学的厚さおよび線形成に与える影響を評価した。
• 上部チューブ圧力の低下が光学的厚さスケールに与える影響をシミュレーションし、ECsで観測された充填率および偏光比に及ぼす影響を特定した。
• 一成分モデルとアンコイルド逆問題の結果を比較し、推定された物理的性質の妥当性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Evershed雲は、減光帯フィラメントのベクトル磁場に真の摂動をもたらすものなのか、それとも可視性の変化に起因するものなのか？
• RQ2 ECsを含むフラックスチューブの物理的性質は、周囲の減光帯構造とどのように異なるのか？
• RQ3 フラックスチューブ内でのガス圧力および密度の変化が、ECsで観測されたDoppler速度の増幅および充填率の上昇を説明できるか？
• RQ4 磁場の幾何的形状とは対照的に、フラックスチューブの熱力学的状態がECsの形成および伝播に果たす役割は何か？
• RQ5 ECsで観測された充填率の増加は、チューブの位置、半径、または光学的厚さ構造の変化に起因するのか？

主な発見

• 一成分逆問題では、ECsがより傾いた磁場と強いEvershed流れに関連していることから、磁気的摂動を示唆するが、モデル簡略化のため、これらの結果は信頼性が低いとされる。
• アンコイルド逆問題では、ECs内のフラックスチューブの磁場および温度が、周囲のイントラスピン部とほとんど同一であることが示され、顕著な磁気的変化はないことが判明した。
• アンコイルド逆問題における主な差異は、ECsにおけるチューブ成分の充填率が高くなっていることであり、フラックスチューブの可視性が向上していることを示している。
• 高い充填率は、チューブの位置や半径の変化によるものではなく、上部チューブのガス圧力および密度の低下に起因する光学的厚さスケールの下方シフトによるものである。
• 数値実験により、上部チューブでの圧力低下が密度低下を引き起こし、光学的厚さスケールを深くシフトさせ、結果としてチューブ成分が出射ストークスプロファイルに与える寄与を増加させることを確認した。
• このメカニズムは、高めの充填率として解釈されてきた線形対円偏光比の上昇を説明でき、ECsの起源が磁気的要因ではなく熱力学的要因であることを支持する。