[論文レビュー] UV and EUV Emissions at the Flare Foot-points Observed by AIA

Jiong Qiu, Zoe Sturrock+4 more|May 29, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、高分解能AIA観測を用いて、太陽フレアのフットポイントにおけるUVおよびEUV放射が二段階の時間的変化を示すことを実証した。第一段階は、コロナ加熱に起因する熱伝導による急激なインパルス的上昇であり、第二段階は蒸発したプラズマの冷却に起因する緩やかな減衰である。主な発見は、フットポイント放射が、インパルス的加熱と定常的冷却という物理的に異なる二つの成分に分解可能であることであり、これはフレアエネルギー輸送モデルに対する新たな観測的制約を提供する。

ABSTRACT

A solar flare is composed of impulsive energy release events by magnetic reconnection, which forms and heats flare loops. Recent studies have revealed a two-phase evolution pattern of UV 1600Å emission at the feet of these loops: a rapid pulse lasting for a few seconds to a few minutes, followed by a gradual decay on timescales of a few tens of minutes. Multiple band EUV observations by AIA further reveal very similar signatures. These two phases represent different but related signatures of an impulsive energy release in the corona. The rapid pulse is an immediate response of the lower atmosphere to an intense thermal conduction flux resulting from the sudden heating of the corona to high temperatures (we rule out energetic particles due to a lack of significant hard X-ray emission). The gradual phase is associated with the cooling of hot plasma that has been evaporated into the corona. The observed footpoint emission is again powered by thermal conduction (and enthalpy), but now during a period when approximate steady state conditions are established in the loop. UV and EUV light curves of individual pixels may therefore be separated into contributions from two distinct physical mechanisms to shed light on the nature of energy transport in a flare. We demonstrate this technique using coordinated, spatially resolved observations of UV and EUV emission from the footpoints of a C3.2 thermal flare.

研究の動機と目的

• フレアフットポイントにおけるUVおよびEUV放射の二段階的時間的変化（急激なパルスと緩やかな減衰）の物理的起源を理解すること。
• 顕著な硬X線放射が観測されないことに基づき、急激なパルスが熱伝導によるものか、非熱的粒子によるものかを特定すること。
• 緩やかな減衰段階が、コロナ圧に支配される定常的冷却プロセスとしてモデル化可能かどうかを検証すること。
• 空間分解能を有する光度曲線を用いて、インパルス的加熱と持続的冷却の寄与を分離すること。
• フレア発達過程におけるトランジション領域およびコロナ放射をモデル化する際に、定常状態近似がどの程度妥当であるかを評価すること。

提案手法

• フレアフットポイントにおける1″×1″ピクセルごとに、AIA（1600 Å、1700 Å、および複数のEUVバンド）の空間分解能を有するUVおよびEUV光度曲線を分析する。
• UV 1600 Å光度曲線の急激な上昇段階から、インパルス的エネルギー入力をモデル化するため、ループ加熱率を経験的に推定する。
• 定常状態仮定を用いたゼロ次元ループ加熱モデルを適用し、プラズマの性質およびトランジション領域の微分発光度（DEM）を計算する。
• コロナプラズマモデルを用いてフレアループからの合成EUV放射を計算し、観測されたAIA光度曲線と比較する。
• 異なるEUVバンド間のフラックス比を用いて、緩やかな減衰段階における定常状態条件の整合性を検証する。
• 計算されたフットポイント放射（UVおよびEUV）を観測されたAIAフラックスと比較し、モデル仮定の妥当性を検証するとともに、乖離の程度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フレアフットポイントにおけるUVおよびEUV放射の急激なインパルス的上昇を引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ2 フットポイント放射の緩やかな減衰段階は、コロナプラズマの定常的冷却と整合的であるか？
• RQ3 フットポイント放射の二段階的変化を、インパルス的加熱と持続的冷却という物理的に別個の寄与に分離可能か？
• RQ4 定常状態モデルが、フレア発達過程における観測されたUVおよびEUV光度曲線をどの程度正確に再現できるか？
• RQ5 高温度プラズマ成分を含むモデルが、観測されたEUVフラックスを1〜2桁過大評価するのはなぜか？

主な発見

• 顕著な硬X線放射が観測されないことに基づき、フレアフットポイントにおけるUVおよびEUV放射の急激な上昇は、非熱的粒子ではなく、直ちに応答する熱伝導フラックスに起因すると最も適切に説明される。
• 緩やかな減衰段階におけるフットポイント放射の時間スケールが、コロナ圧の変化スケールと相関しており、フットポイント放射が「コロナ圧計」としての利用が可能であることを支持する。
• 定常状態近似を用いて計算されたフットポイント放射は、7つのEUVバンドにおいて観測されたAIAフラックスと3〜5倍の範囲内で一致し、低温度プラズマ（約10^5 Kまで）に対してモデルの妥当性が裏付けられた。
• 高温度プラズマ成分を含めた場合、計算されたEUVフラックスは観測値を1〜2桁過大評価するため、高温度領域では静的または定常状態仮定が破綻することが示唆された。
• 定常状態モデルが初期のインパルス的パルスを再現できないことから、CHIANTIベースの線計算における平衡仮定は、インパルス的加熱段階では不十分であることが判明した。
• 強い硬X線放射が観測されないことは、非熱的粒子の注入が初期UVパルスの主因である可能性を排除し、熱伝導が支配的なエネルギー輸送メカニズムであると支持する。