[論文レビュー] The Hanle Effect in Atomic and Molecular Lines: A New Look at the Sun's Hidden Magnetism

J. Trujillo Bueno, A. Asensio Ramos+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2006

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、原子線（Sr i 4607 Å）および分子線（C2 サン・システム）におけるハンドル効果が、静穏太陽の内部ネットワーク領域に隠れた磁束およびエネルギーを明らかにしている。この磁束は、200 G から 1 kG の強さの、解像度以下のねじれ磁場によって運ばれており、主に対流セル間の下降流プラズマに存在する。ハンドル効果による偏光の減少とゼーマン幅広がりの制約を併用した解析により、この隠れた磁気エネルギーは、スーパーグランセクションネットワーク内の解像されたkG磁場のエネルギーを上回っており、コロナの放射損失を相殺するのに十分であることが示された。

ABSTRACT

This paper reviews some of the most recent advances in the application of the Hanle effect to solar physics, and how these developments are allowing us to explore the magnetism of the photospheric regions that look ``empty'' in solar magnetograms--that is, the Sun's ``hidden'' magnetism. In particular, we show how a joint analysis of the Hanle effect in atomic and molecular lines indicates that there is a vast amount of hidden magnetic energy and unsigned magnetic flux localized in the (intergranular) downflowing regions of the quiet solar photosphere, carried mainly by tangled fields at sub-resolution scales with strengths between the equipartition field values and 1 kG.

研究の動機と目的

• 従来のゼーマン効果診断によるキャンセル効果のため、従来の観測では検出されない、静穏太陽の内部ネットワーク領域における磁場の分布および性質を調査すること。
• 原子線および分子線におけるハンドル効果が、解像度以下の磁場の強さ、トポロジー、エネルギー含量に関する実証的制約を提供できるかどうかを特定すること。
• 静穏太陽の隠れた磁気エネルギーが、スーパーグランセクションネットワーク内の観測されたkG磁場のエネルギーを上回っており、コロナの放射損失を相殺できるかどうかを評価すること。
• 特定の近赤外線領域の線で得られたゼーマン幅広がり測定と組み合わせたハンドル効果診断により、ゼーマン偏光信号の解釈の曖昧さを解消すること。

提案手法

• 観測された散乱偏光の振幅を用いて、Sr i 4607 Å 線におけるハンドル効果の応用により、対流セル間の下降流における平均磁場強度を推定する。
• 同素二原子分子に対して衝突による偏光消去が無視できるものと仮定して、分子線（C2 サン・システム）におけるハンドル効果の線比法を用いて、平均磁場強度の独立した推定値を得る。
• 原子線および分子線におけるハンドル効果による偏光消去信号の比較により、解像度以下のスケールにおけるねじれた磁場のトポロジーおよび強度を制約する。
• 近赤外線領域の線（例：Mn i）における強度プロファイルのゼーマン幅広がりからの上限を用いて、ハンドル効果の結果と組み合わせ、磁場強度分布の上限を制約する。
• ハンドル効果による偏光消去を解釈するため、臨界磁場強度の式 $ B_{\rm H} \approx \frac{h \Gamma}{2 \mu_B} $ を用いる。衝突による偏光消去の補正には $ \delta_u = D^{(2)} / A_{ul} $ を用いる。
• 特にMgHおよびC2線における衝突による偏光消去の影響を評価し、推定された磁場強度の信頼性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 静穏太陽の内部ネットワーク領域における磁束およびエネルギーの真の分布、特に解像度以下のねじれた磁場においては、どのように分布しているか？
• RQ2 空間的に解像度が不足するピクセルにおいて、キャンセル効果によりゼーマン効果診断では見えない磁場を、原子線および分子線におけるハンドル効果が検出可能か？
• RQ3 静穏太陽の隠れた磁気エネルギーは、スーパーグランセクションネットワーク内の観測されたkG磁場のエネルギーを上回っているか？
• RQ4 衝突による偏光消去は、分子線においてどのような役割を果たし、推定された平均磁場強度にどのように影響を与えるか？
• RQ5 ハンドル効果による偏光消去とゼーマン幅広がりの併用解析により、隠れた磁場の強度および覆い率に対する頑健な制約を得られるか？

主な発見

• Sr i 4607 Å におけるハンドル効果は、対流セル間の下降流で平均磁場強度が約100 Gであることを示しており、これは解像度以下のスケールでねじれた磁場トポロジーと整合的である。
• C2 サン・システム線におけるハンドル効果は、平均磁場強度が約10 Gであることを示唆しており、同素二原子分子に対して衝突による偏光消去が無視できると仮定すれば、100 Gの推定値と整合的である。
• ハンドル効果とゼーマン幅広がりデータの併用解析により、隠れた磁場の強度は等エネルギー磁場から約1 kGの範囲にあり、エネルギーの大部分がこの範囲に集中していることが示唆された。
• 静穏太陽の内部ネットワーク領域における全磁気エネルギーは、スーパーグランセクションネットワーク内のkG磁場のエネルギーを上回っており、主要なエネルギー貯蔵源である。
• 隠れた磁気エネルギーは、太陽の外層における放射エネルギー損失を相殺するのに十分であり、コロナ加熱におけるその役割を支持する。
• ゼーマン効果により検出された小スケール磁場（覆い率約1％）は、特にFe i線観測が示唆するようにkG磁場に集中している場合、全磁気エネルギーの顕著な割合を占めている可能性がある。