[論文レビュー] The Unfolding of the Spectra of Low Energy Galactic Cosmic Ray H and He Nuclei as the Voyager 1 Spacecraft Exits the Region of Heliospheric Modulation

W. R. Webber, P. R. Higbie+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、ボイジャー1号が105 AUを超えてヘリオスフィアモジュレーション領域を脱出する際の低エネルギー銀河宇宙線HおよびHe核のスペクトルアンフォールを分析している。120.5〜121.7 AUの間で観測された強度上昇を用いて、約270 MVの全モジュレーションポテンシャルのうち約80%がヘリオスフィアシーストで発生しており、わずか1 AUで約80 MVの急激な低下が生じていることを示しており、これは局所的銀河間空間スペクトルと整合するスペクトルを示している。

ABSTRACT

This paper describes the unfolding of the solar modulated galactic cosmic ray H and He nuclei spectra beyond ~105 AU in the heliosheath. Between 2008.0 and 2012.3 when Voyager 1 went from about 105 to 120.5 AU the spectral intensities of these two components between about 30 and 500 MeV/nuc unfolded (increased) in a manner consistent with an average modulation potential decrease ~5 MV per AU as described by a Parker like cosmic ray transport in the heliosphere where the overall modulation is described by a modulation potential in MV. Between 120.5 and 121.7 AU, however, as a result of two sudden intensity increases starting on May 8th and August 25th, 2012, this modulation potential decreased by ~80 MV and spectra resembling possible local interstellar spectra for H and He were revealed. Considering these spectra to be the local interstellar spectra would imply that almost 1/3 of the total modulation potential of about 270 MV required to explain the spectra of these components observed at the Earth must occur in just a 1 AU radial interval in the outer heliosheath. As a result about ~80% of the total modulation potential observed at the Earth at this time occurs in the heliosheath itself. The remaining 20% of the total modulation occurs inside the heliospheric termination shock. The details of these intensity changes and their description by a simple modulation model are discussed.

研究の動機と目的

• 105 AUを超える領域における低エネルギー銀河宇宙線HおよびHe核のスペクトル的進化を理解すること。
• 外側ヘリオスフィアシーストにおけるヘリオスフィアモジュレーションポテンシャルの径方向分布を特定すること。
• 地球で観測された全モジュレーションのうち、ヘリオスフィアシーストおよび終止衝撃面が占める寄与を評価すること。
• ボイジャー1号のデータにおける強度変化に基づいて、局所的銀河間空間スペクトルの始まりを特定すること。

提案手法

• 2008.0年から2012.3年までの間、ボイジャー1号が測定した低エネルギー銀河宇宙線HおよびHe核の強度を分析すること。
• メガボルト単位の径方向依存モジュレーションポテンシャルを有する、パークャーに類似した宇宙線輸送モデルの適用。
• スペクトルアンフォールを用いて、太陽系中心からの距離関数としての有効モジュレーションポテンシャルを推定すること。
• 2012年5月8日および8月25日の突然の強度上昇を、モジュレーションの低下を示す指標として同定すること。
• 観測スペクトルと仮定された局所的銀河間空間スペクトルを比較し、モジュレーション分布を推定すること。
• 初期段階では約5 MV/AUのモジュレーションポテンシャル低下率をフィッティングし、その後1 AUで約80 MVの急激な低下を示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ボイジャー1号が外側ヘリオスフィアシーストを通過する間に、低エネルギー銀河宇宙線HおよびHe核のスペクトル的強度はどのように変化するか？
• RQ2 105 AUを超える領域におけるヘリオスフィアモジュレーションポテンシャルの径方向分布は何か？
• RQ3 ヘリオスフィアのどの領域で全モジュレーションポテンシャル（約270 MV）の大部分が発生するか？
• RQ4 121 AU付近での観測された強度上昇は、局所的銀河間空間スペクトルへの移行と解釈できるか？
• RQ5 全モジュレーションのうち、ヘリオスフィアシーストと終止衝撃面内での割合はそれぞれどれほどか？

主な発見

• 2008.0年から2012.3年までの間、ボイジャー1号が105 AUから120.5 AUに移動するに従い、平均して約5 MV/AUの割合でモジュレーションポテンシャルが低下した。
• 2012年5月8日および8月25日には、1 AU間隔で約80 MVの急激なモジュレーションポテンシャル低下を伴う突然の強度上昇が観測された。
• 121.7 AUを超える領域で観測されたスペクトルは、HおよびHe核について局所的銀河間空間スペクトルと整合的である。
• 全モジュレーションポテンシャル（約270 MV）の約80%がヘリオスフィアシーストで発生しており、残りの20%が終止衝撃面内にある。
• データから、全モジュレーションポテンシャルのほぼ3分の1が外側ヘリオスフィアシーストの1 AUの径方向区間に集中していることが示唆される。
• 観測されたスペクトルアンフォールは、モジュレーションポテンシャルに径方向勾配を持つ単純なモジュレーションモデルを支持しており、外側ヘリオスフィアにおけるパークャー輸送フレームワークの妥当性を裏付けている。