[논문 리뷰] Hot prominence detected in the core of a Coronal Mass Ejection: III. Plasma filling factor from UVCS Lyman-$α$ and Lyman-$β$ observations

Roberto Susino, А. Бемпорад외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 05. 31.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 27인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 SOHO/LASCO-C2(가시광선)와 SOHO/UVCS(자외선) 관측을 동시에 사용하여 폭발하는 플라즈마의 선형 시야에서의 플라즈마 충진률을 추정하는 방법을 제안한다. 라이만-알파 및 라이만-베타 선의 방출에 대해 공명 산란 및 충돌적 여기 모델을 1차원 비- LTE 복사전달 모델의 열역학적 매개변수와 조합함으로써, 모델과 일치하는 충진률을 도출하였다. 유속에 대한 민감도는 약한 반면, 운동온도에 대한 민감도는 높아, 투명한 방출 조건에서 이 기법이 유효함을 검증하였다.

ABSTRACT

This work deals with the study of an erupting prominence embedded in the core of a CME and focuses on the derivation of the prominence plasma filling factor. We explore two methods to measure the prominence plasma filling factor that are based on the combination of visible-light and ultraviolet spectroscopic observations. Theoretical relationships for resonant scattering and collisional excitation are used to evaluate the intensity of the H I Lyman-α and Lyman-β lines, in two prominence points where simultaneous and cospatial LASCO-C2 and UVCS data were available. Thermodynamic and geometrical parameters assumed for the calculation are provided by both observations and the results of a detailed 1D non-LTE radiative-transfer model of the prominence, developed in our previous work (Heinzel 2016). The filling factor is derived from the comparison between the calculated and the measured intensities of the two lines. The results are then checked against the non-LTE model in order to verify the reliability of the methods. The resulting filling factors are consistent with the model in both the prominence points when the separation of the radiative and collisional components of the total intensity, required to estimate the filling factor, is performed using both the line intensities. An exploration of the parameter space shows that the results are weakly sensitive to the plasma velocity, but they depends more strongly on the assumed kinetic temperatures. The combination of visible-light and ultraviolet Lyman-α and Lyman-β data can be used to approximately estimate the geometrical filling factor in erupting prominences, but the proposed techniques are reliable only for emission that is optically thin in the lines considered, condition that is not in general representative of prominence plasma.

연구 동기 및 목표

• 자외선 및 가시광선 관측을 이용하여 폭발하는 플라즈마에서 선형 시야 기하학적 충진률을 추정하는 모델 의존적 방법을 개발하기 위해.
• 라이만-알파 및 라이만-베타 강도를 가시광선 편광 밝기(pB)와 조합하여 충진률을 유추하는 데의 신뢰성을 시험하기 위해.
• 유속 및 운동온도와 같은 핵심 플라즈마 매개변수의 변화에 대한 이 방법의 민감도를 평가하기 위해.
• 플라즈마 구조에 대한 상세한 1차원 비- LTE 복사전달 모델과의 비교를 통해 이 접근법을 검증하기 위해.
• 더 깊이 있는 모델링을 안내하는 데 유용한 실용적인 初기 추정 도구를 제공하기 위해.

제안 방법

• 중성 수소의 라이만-알파 및 라이만-베타 선에 대한 공명 산란 및 충돌적 여기 이론적 관계를 활용한다.
• 관측 및 모의된 열역학적·기하학적 매개변수를 사용한다: 전자 열량 밀도, 운동온도, 유속, 코어스피어 라인 강도, 선형 시야 방향의 플라즈마 두께.
• 계산된 라이만선 강도를 UVCS 및 LASCO-C2에서 측정된 강도와 비교하여 강도 비율 분석을 통해 충진률을 유도한다.
• 두 가지 방법을 적용한다: 라이만-알파 및 라이만-베타 강도를 사용하여 복사 및 충돌적 성분을 분리하는 방법.
• 이전 연구(Heinzel 등 2016)에서 얻은 1차원 비- LTE 복사전달 모델 결과와 비교하여 결과의 일관성을 검증한다.
• 유속 및 운동온도에 대한 민감도 평가를 위해 매개변수 공간 탐색을 수행하며, 도플러-어두워짐 인자 및 선형 프로파일 가정을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UVCS 라이만-알파 및 라이만-베타 강도와 LASCO-C2 pB 관측을 조합하여 플라즈마 충진률을 신뢰성 있게 추정할 수 있는가?
• RQ2 유속 및 운동온도의 불확실성에 따라 유도된 충진률은 얼마나 민감한가?
• RQ3 코어스피어 라인 프로파일 및 비열운동에 대한 가정이 충진률 추정에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ4 일반적으로 플라즈마에서 관찰되는 투명한 방출 조건에서 이 방법은 얼마나 견고한가?
• RQ5 이 접근법은 더 깊이 있는 모델링을 안내하는 데 유용한 신뢰할 수 있는 初기 추정치를 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 라이만선 강도의 복사 및 충돌적 성분을 라이만-알파 및 라이만-베타 자료를 모두 사용하여 분리한 경우, 두 플라즈마 지점에서 모두 비- LTE 모델 결과와 일치하는 충진률이 도출되었다.
• 유속에 대한 민감도는 매우 낮으며, 100–300 km s⁻¹ 유속 범위에서 강도 비율 F(α)/F(β)가 30% 미만으로 변동하였다.
• 충진률 추정치는 유속보다는 운동온도에 더 강하게 의존하며, 이는 충돌 계수와 이온화 분율에 영향을 미친다.
• 효과적 온도(선형 프로파일 너비와 관련)의 변화가 충진률에 15% 미만의 변화를 유도하여 이 매개변수에 대한 민감도가 낮음을 나타낸다.
• 이 방법은 투명한 방출 조건에서만 신뢰할 수 있으며, 일반적으로 플라즈마에서 관찰되는 조건과는 다름으로, 일반 적용에 제한이 있다.
• 이 기법은 충진률에 대한 타당한 1차 추정치를 제공할 수 있으며, 더 깊이 있는 플라즈마 매개변수 모델링의 初기 추측치로 활용될 수 있다.