[論文レビュー] The Horizontal Magnetic Field of the Quiet Sun: Numerical Simulations in Comparison to Observations with Hinode

O. Steiner, R. Rezaei+3 more|ArXiv.org|Apr 13, 2009

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、3次元磁気流体力学（MHD）シミュレーションを用いて、静穏太陽の水平磁場を調査し、合成された Hinode 観測と実際の観測データを比較した。その結果、シミュレーションは観測された水平磁場の優位性を再現できるが、偏光信号の中心から縁への変化（中心-縁変化、CLV）は観測と一致せず、モデルと現実における磁場の垂直高さ構造に乖離があることを示している。

ABSTRACT

Three-dimensional magnetohydrodynamic simulations of the surface layers of the Sun intrinsically produce a predominantly horizontal magnetic field in the photosphere. This is a robust result in the sense that it arises from simulations with largely different initial and boundary conditions for the magnetic field. While the disk-center synthetic circular and linear polarization signals agree with measurements from Hinode, their center-to-limb variation sensitively depends on the height variation of the horizontal and the vertical field component and they seem to be at variance with the observed behavior.

研究の動機と目的

• 3次元MHDシミュレーションを用いて、静穏太陽の光球における水平磁場の起源と構造を調査すること。
• シミュレーションから得られる合成偏光信号を、実際の Hinode/SOT 分光偏光計観測と比較すること。
• シミュレーションと観測との間で見られる、円偏光および線形偏光の中心-縁変化（CLV）の乖離を解明すること。
• 磁場の初期条件および境界条件の違いが、結果として得られる磁場の幾何構造および観測可能な偏光に与える影響を評価すること。
• 現在のシミュレーションが、観測から推定される水平および垂直磁場成分の垂直高さ依存性を正確に再現できているかどうかを特定すること。

提案手法

• 磁場の初期条件および境界条件を変えて、3つの異なる3次元MHDシミュレーション（run v10, h20, h50）を実行した。
• シミュレーション領域は、光学的厚さτc=1の表面から上下1400 kmまでをカバーし、正確な線形成層の表現を確保した。
• SIR放射線輸送コードを用いて、Fe I 630.25 nm線のストークスプロファイルを合成し、2 pmのスペクトルサンプリングを実施した。
• 観測解像度に合わせるため、合成プロファイルにポイント spread function (PSF) を適用し、同じ手法で、Lites ら (2008) と同様に顕著なフラックス密度を計算した。
• 異なるシミュレーションランの中心-縁変化（CLV）としての全円偏光（V_tot）および全線形偏光（L_tot）の計算と分析を実施した。
• 空間的および時間的に平均化された水平および垂直磁場強度を用いて、その高さ依存性および相対的優位性を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次元MHDシミュレーションは、静穏太陽光球における水平磁場が垂直磁場を上回ることを観測と再現できるか？
• RQ2 シミュレーションにおける円偏光および線形偏光の中心-縁変化（CLV）は、Hinode による観測とどのように比較できるか？
• RQ3 水平および垂直磁場成分の垂直高さ構造が、観測された偏光のCLVをどのように決定づけるか？
• RQ4 初期磁場条件が異なるシミュレーション（垂直注入対比して水平注入）では、なぜ偏光CLV挙動に差が生じるのか？
• RQ5 現在の3次元MHDシミュレーションは、静穏太陽における観測された磁場幾何構造およびその観測可能なシグネチャを正確に再現できるか？

主な発見

• run h20では、光球および下部コロナにわたり、平均的な水平磁場強度が垂直成分を上回り、約500 km高さ付近に局所的な最大値を示した。
• 水平磁場が3 Gを超える領域の面積は、垂直磁場が同様の閾値を超える領域の面積の3倍程度であった。
• run h20では、顕著な横磁束密度（B^T_app）が21.5 Mx cm⁻²、縦磁束密度（|B^L_app|）が5.0 Mx cm⁻²であり、比 r = 4.3 を示した。
• run v10では、B^T_app = 10.4 Mx cm⁻²、|B^L_app| = 6.6 Mx cm⁻²であり、比 r = 1.6 であったが、Hinode 観測で得られた比 5.0 とは異なる。
• run v10では、V_tot および L_tot の中心-縁変化（CLV）が、縁に向かって両信号とも減少する傾向を示し、円偏光に関しては Hinode 観測と一致したが、線形偏光に関しては一致しなかった。
• run h50では、V_tot および L_tot のCLVが単調に減少する傾向を示したが、観測では円偏光のみが単調に減少するため、これとは矛盾する。