[論文レビュー] Three-minute oscillations above sunspot umbra observed with SDO/AIA and NoRH

V. E. Reznikova, K. Shibasaki+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2011

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用数 42

ひとこと要約

本研究では、AR 11131の sunspot umbra 上方における3分周期の揺動を、同時に取得された SDO/AIA および NoRH 観測を用いて分析した。その結果、高周波数の揺動（5.7–9 mHz）が umbra 中央付近に集中しているのに対し、低周波数（5.0–5.7 mHz）の揺動は周辺部でピークを示すことが明らかになった。音響カットオフ周波数の空間的変化は、温度最小層における磁場の傾きの兆候であると解釈され、sunspot 大気構造の新たな診断手法を提供する。

ABSTRACT

Three-minute oscillations over sunspot's umbra in AR 11131 were observed simultaneously in UV/EUV emission by SDO/AIA and in radio emission by Nobeyama Radioheliograph (NoRH). We use 24-hours series of SDO and 8-hours series of NoRH observations to study spectral, spatial and temporal variations of pulsations in the 5-9 mHz frequency range at different layers of the solar atmosphere. High spatial and temporal resolution of SDO/AIA in combination with long-duration observations allowed us to trace the variations of the cut-off frequency and spectrum of oscillations across the umbra. We found that higher frequency oscillations are more pronounced closer to the umbra's center, while the lower frequencies concentrate to the peripheral parts. We interpreted this discovery as a manifestation of variation of the magnetic field inclination across the umbra at the level of temperature-minimum. Possible implications of this interpretation for the diagnostics of sunspot atmospheres is discussed.

研究の動機と目的

• 複数の大気層における sunspot umbra 全体にわたる3分周期揺動の空間的・スペクトル的・時間的分布を調査すること。
• umbra 全体にわたる音響カットオフ周波数の変化を特定し、その変化が磁場の幾何学的形状と関連しているかどうかを同定すること。
• 同時的な UV/EUV およびマイクロ波観測を用いて、波動の伝搬を検証し、sunspot 地域の大気状態を診断すること。
• 磁場の傾きが観測された揺動パターンおよびその周波数分布をどのように形作っているかを評価すること。
• 温度最小層における波動の性質を、物理的状態の診断のためのプローブとして用いることで、sunspot 大気の診断を向上させること。

提案手法

• 12秒の時間分解能と0.6 arcsecの空間分解能を有する24時間分のSDO/AIA観測を用い、複数のEUV/UVバンドパスでの強度揺動を分析した。
• 8時間分のNoRHマイクロ波観測（1.76 cm波長）を併用し、染色層および遷移領域層における揺動を研究した。
• 5–9 mHzの周波数範囲で、umbra 全体にわたる揺動パワーと周波数分布を測定するために、クロススペクトル解析を適用した。
• 異なる波長チャンネル間の時間遅れを分析し、波動の伝搬速度を推定し、放射の生成高さを推定した。
• 音響カットオフ周波数を f_c ∝ √(gμ / T) の関係式を用いてモデル化し、観測された周波数変化を温度最小層における磁場の傾きと関連づけた。
• 温度と磁場の傾きがカットオフ周波数に与える影響を評価し、μ を一定と仮定してθを変化させることで、観測された f_c 変化に一致するようにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3分周期揺動の周波数およびパワー分布は、異なる大気層において、sunspot umbra 全体にわたってどのように空間的に変化するか？
• RQ2 umbra 中央から周辺部にかけて観測された周波数のピークシフトは、何が原因であるか？
• RQ3 温度最小層における磁場の傾きが、sunspot umbra における音響カットオフ周波数に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 UV/EUV およびマイクロ波放射の揺動は、同一の上向き伝搬波モードによって駆動されているとみなせるか？
• RQ5 観測された周波数分布のリング状構造は、波ガイド効果や共鳴キャビティモデルによって説明可能か？

主な発見

• 5–9 mHzの範囲の揺動は、すべてのSDO/AIA EUV/UVチャンネルおよびNoRH 1.76 cmマイクロ波放射で検出され、類似したスペクトル的特徴を示した。
• 最大の変調深さ20%が304 Åチャンネル（遷移領域）で観測され、光球層およびコロナ層に向かって減少した。
• 異なる波長チャンネル間の時間遅れは、形成高さが高くなるにつれて増加し、上向き波動伝搬を確認したが、211 Åチャンネルを除いては同様の傾向を示した。
• 音響カットオフ周波数は、umbra 中央部で5.7 mHzから周辺部で5.0 mHzに低下し、波動フィルタリング特性に空間的勾配があることを示した。
• 観測された周波数変化は、温度最小層における磁場の傾きが中央部で約15°から周辺部で約30°に増加することによって最もよく説明された。
• 傾きに起因する遷移領域における磁場線の拡張（1–2 arcsec）が、観測された揺動領域の空間的広がりと一致した。