[論文レビュー] The solar chromosphere at millimetre and ultraviolet wavelengths. I. Radiation temperatures and a detailed comparison

S. Jafarzadeh, Sven Wedemeyer+4 more|Duo Research Archive (University of Oslo)|Jan 17, 2019

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 58被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、太陽のコロナ層における放射温度を、ALMAのミリ波観測（バンド6、1.21–1.3 mm）とIRISの紫外分光データ（Mg ii k/h、C ii、O i、Si iv）を用いて、多様な磁気領域で比較した。ALMAの温度は局所熱力学的平衡（LTE）条件下で形成されるが、UV線における非LTE効果の影響により、UV放射温度とは系統的なずれを示す。C ii線核はALMAと最も近い一致を示す一方、Mg ii線はあらゆる領域で最も低い放射温度を示した。

ABSTRACT

Solar observations with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) provide us with direct measurements of the brightness temperature in the solar chromosphere. We study the temperature distributions obtained with ALMA Band 6 (in four sub-bands at 1.21, 1.22, 1.29, and 1.3 mm) for various areas at, and in the vicinity of, a sunspot, comprising quasi-quiet and active regions with different amounts of underlying magnetic fields. We compare these temperatures with those obtained at near- and far-ultraviolet (UV) wavelengths (and with the line-core intensities of the optically-thin far-UV spectra), co-observed with the Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) explorer. These include the emission peaks and cores of the Mg II k 279.6 nm and Mg II h 280.4 nm lines as well as the line cores of C II 133.4 nm, O I 135.6 nm, and Si IV 139.4 nm, sampling the mid-to-high chromosphere and the low transition region. Splitting the ALMA sub-bands resulted in an slight increase of spatial resolution in individual temperature maps, thus, resolving smaller-scale structures compared to those produced with the standard averaging routines. We find that the radiation temperatures have different, though somewhat overlapping, distributions in different wavelengths and in the various magnetic regions. Comparison of the ALMA temperatures with those of the UV diagnostics should, however, be interpreted with great caution, the former is formed under the local thermodynamic equilibrium (LTE) conditions, the latter under non-LTE. The mean radiation temperature of the ALMA Band 6 is similar to that extracted from the IRIS C II line in all areas with exception of the sunspot and pores where the C II poses higher radiation temperatures. In all magnetic regions, the Mg II lines associate with the lowest mean radiation temperatures in our sample. These will provide constraints for future numerical models.

研究の動機と目的

• ミリ波（ALMA）および紫外線（IRIS）観測から得られる太陽コロナ層における放射温度の比較を行う。
• ALMAがLTEに基づいて算出する輝度温度と、非LTE条件下で形成されるUV診断法との一貫性を評価する。
• 静穏層域、 plage、 umbra、 pores などの異なる磁気環境における温度分布の違いを調査する。
• ALMAとIRIS観測の時間的・空間的差異が温度相関に与える影響を評価する。
• 今後のコロナ層加熱および放射移動の数値モデルの観測的制約を提供する。

提案手法

• ALMAバンド6の1.21、1.22、1.29、および1.3 mmでの観測データを用い、局所熱力学的平衡（LTE）を仮定して輝度温度を導出する。
• IRISの遠紫外および近紫外分光データを分析し、Mg ii k/h、C ii 133.4 nm、O i 135.6 nm、Si iv 139.4 nmの線核強度および発光ピーク値を抽出する。
• 校正済み強度データから、ミリ波データについてはプランク関数の逆数を用いて放射温度を計算し、UVデータについてはスペクトル線強度を用いる。
• ALMAとIRISデータの空間的一致と時間遅延補正を実施し、異なるスキャン周期に対応する。
• ALMAデータのサブバンド分割により空間分解能を向上させ、微小構造の検出を向上させた。
• 線形相関係数と散布図を用いた統計的比較により、磁気領域にわたるALMAとIRISの放射温度の関係を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ALMAのミリ波観測から得られる放射温度と、さまざまな磁気領域におけるIRISの紫外分光診断法から得られる放射温度は、どのように比較されるか？
• RQ2 UV線における非LTE効果は、LTEに基づくALMA測定と比較して、放射温度とガス温度の関係をどの程度歪めるか？
• RQ3 なぜMg ii線は、すべての磁気領域において他のUV診断法およびALMAと比較して、系統的に低い放射温度を示すのか？
• RQ4 特にウムブラ領域において、ALMAとIRISの放射温度相関に観察されるずれの原因は何か？
• RQ5 形成高さの違いと時間サンプリングの差異が、ALMAとIRIS間の観測された温度相関にどのように影響するか？

主な発見

• ALMAバンド6の平均放射温度は、すべての磁気領域でIRISのC ii 133.4 nm線核とよく一致するが、 sunspots や pores ではC iiがより高い温度を示す。
• Mg ii kおよびh線の発光ピークは、すべてのUV診断法およびALMAと比較して、あらゆる磁気領域で一貫して最も低い放射温度を示す。
• ALMAとUV放射温度の間に良好な線形相関が見られるが、散布図ではy=x直線からの系統的なずれが認められ、主にUV線の非LTE形成によるものである。
• ウムブラ領域における相関係数は低く、時間遅延補正後のデータポイント数が限られていることと、急速な時間変動（例：ウムブラフラッシュ）の影響による可能性が高い。
• ALMAのサブバンド分割により空間分解能が向上し、標準的な平均化と比較して、微小構造の検出がより良好に可能になった。
• 本研究は、ALMAの放射温度がLTE下でのガス温度を代表しているのに対し、UV放射温度は非LTE効果のため、ガス温度と直接等価ではないことを確認した。