[논문 리뷰] Temporal evolution of the Evershed flow in sunspots. II. Physical properties and nature of Evershed clouds

D. Cabrera Solana, L. R. Bellot Rubio외 2명|ArXiv.org|2007. 09. 11.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 23인용 수 3

한 줄 요약

논문은 Evershed 구름(ECs)이 자기장 구성을 변화시키는 것이 아니라 국소적인 압력 및 밀도 편미분으로 인해 부면광선 투명도 관점에서의 가시도가 일시적으로 증가함으로써 발생한다고 제안한다. 고해상도 스펙트로폴라미메트릭 데이터의 해리되지 않은 스토크스 역해석 결과, ECs는 자기이상이 아니라 상부관 압력 감소로 인한 광학적 깊이 척도의 하향 이동으로 인해 증가한 관측 가능도로 인한 것으로 나타났으며, 이는 ECs의 도플러 속도 증가 및 부면광선 필라멘트를 따라 움직이는 현상과 일치한다.

ABSTRACT

Context: Evershed clouds (ECs) represent the most conspicuous variation of the Evershed flow in sunspot penumbrae. Aims: We determine the physical properties of ECs from high spatial and temporal resolution spectropolarimetric measurements. Methods: The Stokes profiles of four visible and three infrared spectral lines are subject to inversions based on simple one-component models as well as more sophisticated realizations of penumbral flux tubes embedded in a static ambient field (uncombed models). Results: According to the one-component inversions, the EC phenomenon can be understood as a perturbation of the magnetic and dynamic configuration of the penumbral filaments along which these structures move. The uncombed inversions, on the other hand, suggest that ECs are the result of enhancements in the visibility of penumbral flux tubes. We conjecture that the enhancements are caused by a perturbation of the thermodynamic properties of the tubes, rather than by changes in the vector magnetic field. The feasibility of this mechanism is investigated performing numerical experiments of thick penumbral tubes in mechanical equilibrium with a background field. Conclusions: While the one-component inversions confirm many of the properties indicated by a simple line parameter analysis (Paper I of this series), we tend to give more credit to the results of the uncombed inversions because they take into account, at least in an approximate manner, the fine structure of the penumbra.

연구 동기 및 목표

• 고공간 및 고시간 해상도 스펙트로폴라미트릭 데이터를 이용하여 Evershed 구름(ECs)의 물리적 성질을 규명하는 것.
• ECs가 부면광선 투명도 관점에서의 진짜 자기장 편미분인지, 아니면 가시도 변화의 산물인지 오랫동안 애매하게 여겨진 문제를 해결하는 것.
• ECs가 자기장 기하학적 변화의 결과인지, 아니면 투명도 관점에서의 열역학적 변화의 결과인지 조사하는 것.
• 기계적 평형 상태에 있는 두꺼운 투명도 관점에서의 압력/밀도 편미분 메커니즘의 타당성을 수치 실험을 통해 검증하는 것.
• 단일 구성 요소 모델과 해리되지 않은 역해석 모델을 비교하여 복잡한 부면광선 구조에서의 물리적 해석의 신뢰성을 평가하는 것.

제안 방법

• 4개의 가시광선(630 nm) 및 3개의 적외선(1565 nm) 스펙트럴 선의 스토크스 프로파일을, 각 해상도 요소에 대해 단일 균일 대기 모델을 가정하여 단일 구성 요소 대기 모델을 사용해 역해석하였다.
• 부면광선의 미세한 구조를 고려하기 위해 해리되지 않은 모델을 적용하였으며, 별개의 물리적 매개변수를 가진 투명도 관점과 배경 대기를 명시적으로 모델링하였다.
• 역해석 코드는 고도에 의존하지 않는 자기장, 속도 기울기, 가시광선 및 적외선 범위의 별개의 잔류광 기여도를 사용하였으며, 탈출하는 강도는 투명도 관점 및 배경 기여의 선형 조합으로 모델링되었다.
• 기계적 평형 상태에 있는 두꺼운 부면광선 투명도 관점에서의 물리 모델을 구축하였으며, 기체 압력 및 밀도를 변화시켜 광학적 깊이 및 선 형성에 미치는 영향을 평가하였다.
• 투명도 관점의 상부관 압력 감소가 광학적 깊이 척도에 미치는 영향을 시뮬레이션하여, ECs에서 관측된 충진율 및 편광 비율에 미치는 영향을 확인하였다.
• 단일 구성 요소 모델과 해리되지 않은 역해석 결과를 비교하여 유추된 물리적 성질의 탄력성 평가

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Evershed 구름은 부면광선 필라멘트의 벡터 자기장에 실제적인 편미분을 일으키는가, 아니면 가시도 변화의 산물인가?
• RQ2 ECs를 수반하는 투명도 관점의 물리적 성질은 주변 부면광선 구조와 어떻게 다를까?
• RQ3 투명도 관점 내 기체 압력 및 밀도의 변화가 ECs에서 관측된 도플러 속도 증가 및 충진율 증가를 설명할 수 있는가?
• RQ4 자기장 기하학적 구조와 대비하여, 투명도 관점의 열역학적 상태가 ECs의 형성 및 전파에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 ECs에서 관측된 충진율 증가의 원인은 관점의 위치 변화, 반지름 변화, 아니면 광학적 깊이 구조 변화인가?

주요 결과

• 단일 구성 요소 역해석 결과, ECs는 더 기울어진 자기장과 더 강한 Evershed 유속과 관련이 있으며, 이는 자기장 편미분을 암시하지만, 모델 단순화로 인해 이 결과는 덜 신뢰성 있다고 간주된다.
• 해리되지 않은 역해석 결과, ECs 내 투명도 관점의 자기장 및 온도는 주변 인라스피인과 거의 동일하며, 명백한 자기장 변화가 없음을 나타낸다.
• 해리되지 않은 역해석에서의 주요 차이는 ECs에서 투명도 관점 성분의 더 높은 충진율로, 이는 투명도 관점의 가시도 증가를 의미한다.
• 높은 충진율은 관점의 위치나 반지름 변화 때문이 아니라, 상부반의 기체 압력 및 밀도 감소로 인한 광학적 깊이 척도의 하향 이동 때문임을 나타낸다.
• 수치 실험 결과, 상부관 압력 감소는 밀도 감소를 유도하며, 이는 광학적 깊이 척도를 더 깊이 이동시켜 투명도 관점 기여도를 증가시킴을 확인하였다.
• 이 메커니즘은 관측된 선형-원형 편광 비율 증가를 충진율 증가로 해석하는 데 기여하며, ECs의 기원이 자기적 원인이 아니라 열역학적 원인임을 뒷받침한다.