[논문 리뷰] Homologous Flux Ropes Observed by SDO/AIA

Ting Li, Jun Zhang|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 30.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 35인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 SDO/AIA를 이용해 활성역 AR 11745에서 중성선 위에 동일한 위치에 위치한 네 개의 유사한 자기력줄기를 처음으로 관측하였으며, 모두 유사한 형태를 띠고 있다. 첫 세 개의 자기력줄기는 천천히 (≤30 km s⁻¹) 상승하여 CME를 유발하지 않고 소멸되었고, 네 번째는 약 ~130 km s⁻¹로 급격히 분출되어 CME를 생성하였다. 이는 자기력줄기의 빠른 분출이 CME를 유도하며, 이는 필라멘트의 4π 휘감김으로 인한 낙폭 불안정성에 의해 촉발된 것으로 보이며, CME는 느린 분출이 아닌 빠른 분출에 의해 발생하며, 이전의 분출이 자기 구속력을 약화시켜 후속 분출을 가능하게 할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We firstly present the Solar Dynamics Observatory observations of four homologous flux ropes in active region (AR) 11745 on 2013 May 20-22. The four flux ropes are all above the neutral line of the AR, with endpoints anchoring at the same region, and have the generally similar morphology. For the first three flux ropes, they rose up with a velocity of less than 30 km s$^{-1}$ after their appearances, and subsequently their intensities at 131 Å decreased and the flux ropes became obscure. The fourth flux rope erupted ultimately with a speed of about 130 km s$^{-1}$ and formed a coronal mass ejection. The associated filament showed an obvious anti-clockwise twist motion at the initial stage, and the twist was estimated at 4$π$. This indicates that kink instability possibly triggers the early rise of the fourth flux rope. The activated filament material was spatially within the flux rope and they showed consistent evolution in their early stages. Our findings provide new clues for understanding the characteristics of flux ropes. Firstly, there are multiple flux ropes that are successively formed at the same location during an AR evolution process. Secondly, a slow-rise flux rope does not necessarily result in a CME, and a fast-eruption flux rope results in a CME.

연구 동기 및 목표

• 동일한 활성역 내에서 같은 위치에 다수의 자기력줄기 형성 및 진화를 조사하기 위해.
• 유사한 자기력줄기들이 유사한 CME와 연관되어 있는지, 그리고 그 분출의 촉매 요인은 무엇인지 규명하기 위해.
• 자기력줄기 분출의 촉발 메커니즘과 이전 분출이 최종 CME 발생에 미치는 영향를 분석하기 위해.
• 느린 상승 자기력줄기들이 CME를 유도하지 못하는 조건과 빠른 분출로 인해 CME를 유도하는 조건을 명확히 하기 위해.
• 자기력줄기 진화와 관련된 필라멘트 역학 및 EUV 밝아짐 현상 간의 관계를 조사하기 위해.

제안 방법

• SDO/AIA의 131 Å 및 94 Å 채널을 이용해 고주기(12 s) 전면 EUV 관측 자료를 활용하여 자기력줄기의 형태 및 진화를 식별하고 추적하였다.
• 동시기의 HMI 선형 방향 자기장 맵(45 s 주기)을 분석하여 자기력줄기 발원지 부근의 광구 자기장 변화를 평가하였다.
• AIA 131 Å, 304 Å, 171 Å 자료를 비교하여 분출 후 아치형 전구의 열적 진화 및 시간 차이를 분석하였다.
• LASCO/SOHO 코로나그래프 자료를 이용해 네 번째 사건의 CME 발생 여부를 확인하고 분출 속도(~1200 km s⁻¹)를 측정하였다.
• 형태적 진화 및 반시계방향 운동을 기반으로 필라멘트의 자기 휘감김을 추정하여 약 4π 휘감김을 발견하였으며, 이는 낙폭 불안정성 임계값(2π)을 초과하였다.
• 세 번째 자기력줄기 분출과 네 번째 분출 이전의 상부 아치형 전구의 불안정화 사이의 시간적·공간적 관계를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동일한 활성역 내에서 같은 위치에 다수의 자기력줄기가 순차적으로 형성되는가? 그리고 그 형성 조건은 무엇인가?
• RQ2 느린 상승 자기력줄기와 빠른 분출 자기력줄기 간의 CME 생성 능력에 있어 어떤 차이가 있는가?
• RQ3 이전 분출이 후속 자기력줄기 분출의 자기 구속력과 촉발 메커니즘에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ4 필라멘트 내 자기 휘감김은 자기력줄기 분출의 시작과 낙폭 불안정성 발생과 어떤 관계가 있는가?
• RQ5 어떤 자기력줄기는 뜨거운 EUV 채널(예: 131 Å)에서만 관측되는 반면, 다른 것은 여러 채널에서 관측되는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• AR 11745에서 네 개의 유사한 자기력줄기를 관측하였으며, 모두 중성선 위에 동일한 위치에서 유사한 형태로 형성되었고, 동일한 발원지에 고정되어 있었다.
• 첫 세 개의 자기력줄기는 속도 ≤30 km s⁻¹로 천천히 상승하여 CME를 유도하지 않고 소멸되었으며, 이는 느린 상승이 CME 형성 보장하지 않음을 시사한다.
• 네 번째 자기력줄기는 약 ~130 km s⁻¹로 급격히 분출되었고, 속도 약 ~1200 km s⁻¹인 CME를 생성하였으며, 이는 빠른 분출이 CME를 유도함을 보여준다.
• 관련된 필라멘트는 4π 반시계방향 휘감김을 보였으며, 이는 낙폭 불안정성 임계값(2π)을 초과하여 이로 인해 분출가 촉발된 것으로 추정된다.
• 분출 후 아치형 전구는 131 Å에서 약 36분 일찍 나타났고, 더 낮은 온도 채널(304 Å, 171 Å)보다 먼저 관측되어 고온에서 저온 플라즈마로의 냉각을 시사한다.
• 세 번째 자기력줄기 분출은 상부 아치형 전구를 제거하여 자기 구속력을 감소시켰고, 이는 네 번째 자기력줄기 분출을 가능하게 했을 가능성이 있으며, 이는 이전 분출과 후속 분출 간의 인과관계를 뒷받침한다.