[논문 리뷰] Large-scale horizontal flows in the solar photosphere V: Possible evidence for the disconnection of bi-polar sunspot groups from their magnetic roots

Michal Švanda, M. Klvaña외 1명|Max Planck Institute for Plasma Physics|2009. 08. 21.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 29인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 고주기 MDI 도플러 데이터를 사용하여 태양흑점 군집이 깊은 자기장 뿌리에서 역학적으로 분리되는 관측적 증거를 제시한다. 갑작스러운 회전 속도 감소를 감지함으로써, 감소한 표본에서 동적 변화를 겪은 활성역의 78%가 태양 표면 이하 20–40 Mm 깊이에서 분리가 발생한 것으로 나타났으며, 이는 Schüssler & Rempel(2005)의 이론 모델을 지지한다.

ABSTRACT

In a recent paper (Svanda et al., 2008, A&A 477, 285) we pointed out that, based on the tracking of Doppler features in the full-disc MDI Dopplergrams, the active regions display two dynamically different regimes. We speculated that this could be a manifestation of the sudden change in the active regions dynamics, caused by the dynamic disconnection of sunspots from their magnetic roots as proposed by Schuessler & Rempel (2005, A&A 441, 337). Here we investigate the dynamic behaviour of the active regions recorded in the high-cadence MDI data over the last solar cycle in order to confirm the predictions in the Schuessler's & Rempel's paper. We find that, after drastic reduction of the sample, which is done to avoid disturbing effects, a large fraction of active regions displays a sudden decrease in the rotation speed, which is compatible with the mechanism of the dynamic disconnection of sunspots from their parental magnetic structures.

연구 동기 및 목표

• 태양 활성역의 대규모 수평 유동이 깊은 뿌리에서 자기장 분리 현상과 관련된 갑작스러운 회전 속도 변화를 보이는지 조사하기 위해.
• Schüssler & Rempel(2005)이 예측한 이론적 결과를 검증하기 위해, 부력이 작용하는 플럭스 튜브가 부상 과정에서 부모 자기 구조물에서 분리될 수 있는지를 테스트하기 위해.
• 도플러 속도 추적과 알프레드 속도 모델링을 사용하여 분리 사건의 깊이와 시기를 결정하기 위해.
• 분리 과정을 겪는 활성역의 비율을 평가하고, 난류 배경 운동이 분리 신호를 가림으로써 영향을 미치는 정도를 평가하기 위해.

제안 방법

• 지난 태양활동주기 동안 전체 영역의 MDI 도플러도에서 도플러 특징을 추적하여 활성역의 회전 속도를 측정하기 위해.
• 강한 교란이 있는 영역을 제외하기 위해 표본 축소 절차를 적용하여 청소된 역학적 전이 현상에 집중하기 위해.
• 모델 S의 알프레드 속도 및 대류 속도 프로파일을 사용하여, v_Alfven ≈ v_conv 조건을 바탕으로 분리의 깊이 한계를 추정하기 위해.
• 분리된 플럭스의 상향 전파를 가정하고, 최대 면적과 분리 시점 사이의 지연을 통해 분리 깊이를 추정하기 위해.
• 식 $ A^*(r) = \frac{1}{\tilde{\rho}} \frac{d\ln p}{d\ln r} - \frac{d\ln \rho}{d\ln r} $ 를 적용하여 대류 특성을 모델링하고 분리 깊이를 제약하기 위해.
• Schüssler & Rempel(2005)의 이론적 예측과 관측된 회전 속도 감소를 비교하여 분리 메커니즘의 타당성을 검증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 활성역은 자기 뿌리에서 흑점 군집이 동적으로 분리되는 데 일치하는 갑작스러운 회전 속도 변화를 보이는가?
• RQ2 이중 흑점 군집이 자기 뿌리에서 분리되는 것은 태양 표면 이하 어느 깊이에서 가장 가능성이 높은가?
• RQ3 최대 면적과 분리 시점 사이의 지연은 분리된 자기 플럭스의 상향 전파 속도를 어떻게 설명하는가?
• RQ4 관측된 분리 비율(전체 표본의 33%, 축소 표본의 78%)이 이론적 예측의 거의 전역적 분리와 비교해 낮은 이유는 무엇인가?
• RQ5 난류 배경 운동이 활성역 동역학에서 분리 신호 탐지에 얼마나 많은 영향을 미치는가?

주요 결과

• 역학적으로 변화한 표본에서, 78%의 활성역이 동적 분리 메커니즘과 일치하는 갑작스러운 회전 속도 감소를 보였다.
• 최대 면적과 분리 시점 사이의 지연을 바탕으로, 분리 과정이 태양 표면 이하 20–40 Mm 깊이에서 발생한 것으로 추정되었다.
• 모델 S의 알프레드 속도 및 대류 속도 프로파일은 이러한 속도가 유사한 깊이에서 발생함을 나타내어, 깊이 추정치를 지지한다.
• 전체 표본의 33%만이 명백한 분리 신호를 보였으며, 이는 난류 운동이나 조기 부상이 많은 경우에 신호가 가려질 수 있음을 시사한다.
• 결과는 Schüssler & Rempel(2005)의 이론 모델과 일치하지만, 관측된 분리 비율은 예측보다 낮아 탐지 한계나 모델 가정의 한계가 있을 수 있음을 시사한다.
• 이 연구는 고해상도 방법과 국소 헬리오세이스모그래피를 통해 깊은 자기장 신호를 확인하고, 깊은 및 浅층 다이나모 모델을 구별하는 데의 필요성을 강조한다.