[논문 리뷰] Nature of the energy source powering solar coronal loops driven by nanoflares

Chitta, L. P., Peter, H.외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 06. 28.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 58

한 줄 요약

이 연구는 활성역의 태양 corona loop를 가열하는 핵심 에너지원으로 광구에서의 플럭스 취소에 의해 유도된 코로나층 자기 재결합을 규명한다. SDO/AIA와 HMI의 통합 관측을 통해, 혼합 극성 자기장 영역에서 매초 10^15 Mx의 플럭스 취소가 일어날 때, EUV에서 국소적인 코로나 밝아짐 현상이 발생하며, 이는 나노플레어에 의해 가열된 코로나 루프를 지탱하는 에너지 방출을 나타낸다. 연구 결과는 이 메커니즘이 조용한 태양 코로나를 유지를 하는 데에도 기여할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Magnetic energy is required to heat the corona, the outer atmosphere of the Sun, to millions of degrees. We study the nature of the magnetic energy source that is probably responsible for the brightening of coronal loops driven by nanoflares in the cores of solar active regions. We consider observations of two active regions (ARs), 11890 and 12234, in which nanoflares have been detected. To this end, we use ultraviolet (UV) and extreme ultraviolet (EUV) images from the Atmospheric Imaging Assembly (AIA) onboard the Solar Dynamics Observatory (SDO) for coronal loop diagnostics. These images are combined with the co-temporal line-of-sight magnetic field maps from the Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) onboard SDO to investigate the connection between coronal loops and their magnetic roots in the photosphere. The core of these ARs exhibit loop brightening in multiple EUV channels of AIA, particularly in its 9.4 nm filter. The HMI magnetic field maps reveal the presence of a complex mixed polarity magnetic field distribution at the base of these loops. We detect the cancellation of photospheric magnetic flux at these locations at a rate of about $10^{15}$ Mx s$^{-1}$. The associated compact coronal brightenings directly above the cancelling magnetic features are indicative of plasma heating due to chromospheric magnetic reconnection. We suggest that the complex magnetic topology and the evolution of magnetic field, such as flux cancellation in the photosphere and the resulting chromospheric reconnection, can play an important role in energizing active region coronal loops driven by nanoflares. Our estimate of magnetic energy release during flux cancellation in the quiet Sun suggests that chromospheric reconnection can also power the quiet corona.

연구 동기 및 목표

• 활성역 내 코로나 루프를 가열하는 데 기여하는 에너지원을 이해한다. 특히 나노플레어에 의해 유도되는 가열을 중심으로 한다.
• 활성역 내 코로나 루프의 밝아짐 현상과 광구 자기장 변화 간의 연관성을 조사한다.
• 루프의 자기 기저에서 플럭스 취소와 코로나층 재결합이 코로나 가열에 필요한 에너지를 충분히 공급할 수 있는지 규명한다.
• 이 메커니즘이 활성역 코로나뿐 아니라 조용한 태양 코로나를 가열하는 데도 타당한지 평가한다.

제안 방법

• SDO/AIA(12초 간격)의 동기적 EUV 및 UV 영상을 분석하여 활성역 AR 11890과 AR 12234에서 코로나 루프의 밝아짐 현상을 탐지한다.
• SDO/HMI(45초 간격)의 선형 방향 자기장 지도를 사용하여 밝아진 코로나 루프 아래 광구 자기 플럭스 변화를 추적한다.
• 매초 약 10^15 Mx의 속도로 광구 자기 플럭스가 단조롭게 감소하는 것으로 측정하여 플럭스 취소 위치를 특정한다.
• 코로나 밝아짐 현상의 시기 및 위치를 광구 플럭스 취소 및 코로나층 재결합의 징후와 연관시킨다.
• 공식 ẋE = (1/4π) B ẋΦ H를 사용하여 자기 에너지 방출률을 추정한다. 여기서 B ≈ 10–100 G, ẋΦ ≈ 8×10^20 Mx s⁻¹, H ≈ 500 km이다.
• 추정된 에너지 방출률(~10^28–10^29 erg s⁻¹)을 조용한 태양 코로나의 관측된 에너지 요구량(~10^28 erg s⁻¹)과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 활성역 중심부의 코로나 루프 밝아짐 현상을 가열하는 데 기여하는 자기 에너지원의 본질은 무엇인가?
• RQ2 광구 자기 플럭스 취소는 코로나 루프 가열 및 나노플레어 활동과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ3 플럭스 취소에 의해 유도된 코로나층 재결합이 코로나를 가열하는 데 충분한 에너지를 공급할 수 있는가?
• RQ4 이 메커니즘은 활성역 코로나뿐 아니라 조용한 태양 코로나를 가열하는 데에도 타당한가?

주요 결과

• AR 11890과 AR 12234의 코로나 루프 밝아짐 현상, 특히 AIA 9.4 nm 필터(약 7 MK의 플라즈마에 민감함)에서 관측된 현상은 매초 약 10^15 Mx의 광구 플럭스 취소와 연관되어 있다.
• HMI 자기장 지도에서는 루프의 발단부에서 복잡한 혼합 극성 자기 환경이 나타나며, 명백한 플럭스 취소 및 재결합의 징후가 확인된다.
• 플럭스 취소 특징 위에 직접적으로 위치한 밀집된 코로나 밝아짐 현상은 코로나층 자기 재결합에 의한 플라즈마 가열을 나타낸다.
• 플럭스 취소를 통한 자기 에너지 방출률은 약 ~10^28–10^29 erg s⁻¹로 추정되며, 이는 조용한 태양 코로나를 유지하는 데 필요한 에너지 요구량과 일치한다.
• 관측된 에너지 방출률은 조용한 태양 코로나를 가열하는 데 충분하며, 이는 플럭스 취소 기간 동안 코로나층 재결합이 타당한 가열 메커니즘임을 시사한다.
• 연구 결과는 활성역 내 나노플레어 유사 가열이 단지 코로나 브레이딩이나 파동 소산이 아니라, 광구 플럭스 취소에 의해 유도된 코로나층 재결합에 의해 주로 발생한다는 가설을 지지한다.