[논문 리뷰] Fine structure and long duration of a flare coronal X-ray source with RHESSI and SDO/AIA data

S. Kołomański, Tomasz Mrozek외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 31.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 RHESSI X선 및 SDO/AIA EUV 관측을 동시에 사용하여 SOL2011-10-22 태양 플레어의 코로나 X선 소스(CXS)의 미세 구조와 장기 지속성을 조사한다. 고해상도 영상에도 불구하고 CXS 내에서 소규모 구조는 관측되지 않았으며, 이는 CXS가 매끄럽고 구조가 없는 것으로 보이며, 그 장기 지속(5시간)은 동시 발생하는 초순환 아치 아래 내림막대류와 10–15 MK 범위의 지속적인 열 방출을 통해 지속되는 자기재결합에 의해 이루어질 가능성이 높다.

ABSTRACT

Coronal X-ray sources (CXSs) are phenomenon very often occurring in solar flares regardless of a flare size, duration or power. The nature of the sources was difficult to uncover for many years. It seems that at last, combining data from RHESSI and SDO/AIA, there is a unprecedented possibility to 'look inside' CXSs and to answer the questions about their formation, evolution and structure. We present a study of a CXS of the SOL2011-10-22T11:10 long-duration flare observed simultaneously with RHESSI and SDO/AIA. We focus our attention on the following questions: What was responsible for the CXS presence and long duration? Was there any fine structure in the CXS? Available data enables us to study a relation between the CXS and structures observed in EUV during the decay phase of the flare. X-ray emission recorded by RHESSI during the decay phase of the flare came from about 10 MK hot CXS. The source was observable for 5 hours. This long presence of the source could be supported by magnetic reconnection ongoing during the decay phase. Supra-arcade downflows, which are considered to be a manifestation of magnetic reconnection, were observed at the same time as the CXS. The source was co-spatial with the part of the hot supra-arcade region that had the highest emission measure and simultaneously the temperature within the range of RHESSI thermal-response. However, while the supra-arcade region was a dynamic region consisting of small-scale structures, the CXS seemed to be smooth, structureless. We run simulations using real and synthetic RHESSI data, but we did not find any strong evidence that the CXS had any small-scale structure.

연구 동기 및 목표

• 태양 플레어에서 코로나 X선 소스(CXS)의 미세 구조와 장기 지속성을 조사하기 위해.
• 고해상도 X선 및 EUV 자료를 사용하여 CXS가 소규모 구조를 보이는지 확인하기 위해.
• 장기간에 걸쳐 CXS를 유지하는 데 있어 자기재결합의 역할을 평가하기 위해.
• CXS의 장수성을 설명하기 위해 에너지 및 질량 봉쇄 메커니즘이 필요한지 평가하기 위해.
• 관측된 X선 및 EUV 구조를 비교하여 CXS가 해상도가 낮은 뜨거운 고리로 구성되어 있다는 가설을 검증하기 위해.

제안 방법

• RHESSI 경하 X선 영상 및 스펙트로스코피와 SDO/AIA EUV 관측을 동시에 분석하여 X선 및 EUV 구조 간의 상관관계를 분석하기 위해.
• RHESSI 자료를 사용하여 X선 영상 복원 및 영상 스펙트로스코피 수행을 통해 10–15 MK 범위의 열 방출에 집중하기 위해.
• 실제 가열 조건과 질량/에너지 유출 제약 없이, 후퇴하는 고리(RLs)의 냉각을 시뮬레이션하기 위해 Palermo-Harvard(PH) 1차원 유체역학 모델을 적용하기 위해.
• 반경 L = 9×10⁹ cm인 플레어 고리를 10–15 MK로 가열하고 밀도 4–9×10⁹ cm⁻³로 설정한 후 급격한 가열 종료 후 냉각을 시뮬레이션하기 위해.
• 모의 냉각 시간과 관측된 CXS 지속 시간(5시간)을 비교하여 봉쇄 메커니즘의 역할 평가하기 위해.
• 실제 및 합성 RHESSI 자료를 사용하여 CXS 내 소규모 구조의 탐지 가능성 테스트하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SOL2011-10-22 플레어에서 관측된 코로나 X선 소스(CXS)는 1초 이하 해상도에서 미세 구조를 보이는가?
• RQ2 예상되는 열 냉각 시간 척도를 고려할 때, CXS가 5시간 이상 지속되는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 CXS와 초순환 아치 아래 내림막대류(SADs) 사이에 공간적·시간적 상관관계가 있는가? 이는 지속적인 자기재결합을 시사하는가?
• RQ4 관측된 CXS의 X선 방출은 해상도가 낮은 뜨거운 고리로 설명될 수 있는가, 아니면 소스는 진정으로 구조가 없는가?
• RQ5 RHESSI 자료에서 검출 가능한 소규모 구조가 없는 것은 CXS가 매끄럽다는 것을 의미하는가, 아니면 장비의 해상도 제한 때문인가?

주요 결과

• 코로나 X선 소스(CXS)는 5시간 동안 지속되었으며, 약 10 MK의 온도에서 플라즈마가 방출하는 X선 방출로 나타나 열 방출과 일치한다.
• CXS는 방출 측정값과 온도 측정값에 따라 초순환 아치 영역의 가장 뜨겁고 밀도가 높은 부분과 공위치에 있으며, RHESSI 열 반응 함수와도 일치한다.
• 고해상도 AIA 및 RHESSI 자료에도 불구하고 CXS 내에서 소규모 구조는 관측되지 않았으며, 이는 기기의 해상도 수준에서 CXS가 매끄럽고 구조가 없는 것으로 보인다는 것을 시사한다.
• 실제 및 합성 RHESSI 자료를 사용한 모의 분석에서 소규모 구조에 대한 강력한 증거는 발견되지 않았으며, 이러한 특징이 존재하더라도 탐지 한계 이하일 가능성이 높다는 것을 시사한다.
• 후퇴하는 고리(RLs)의 유체역학적 모델링 결과, 냉각 시간은 3500–5500초(약 58–92분)로 나타났으며, 이는 관측된 지속 시간과 일치한다. 따라서 에너지나 질량 봉쇄가 CXS 유지에 크게 필요로 하지 않는다.
• 감쇠 단계 동안 초순환 아치 아래 내림막대류(SADs)의 존재는 지속적인 자기재결합을 지지하며, 이는 CXS에 에너지 입력을 유지하는 데 기여했을 가능성이 높다.