[논문 리뷰] The chromospheric component of coronal bright points. Coronal and chromospheric responses to magnetic-flux emergence

M. S. Madjarska, Jongchul Chae외 6명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 01.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 59인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 SDO와 지상 천체망원경의 다중 파장 관측을 통해 코로나 밝은 점(CBP)의 크로모스피어 대응체를 조사하여, 크로모스피어 Hα 링크가 코로나 가열에 3분 미만의 지연을 보이며 반응하는 것으로 밝혀졌다. 연구 결과는 코로나 가열이 먼저 발생하고, 그 후 크로모스피어 가열이 이어지며, 자기 재결합과 열전도가 코로나에서 크로모스피어로 에너지 전달을 이끄는 시나리오를 지지한다.

ABSTRACT

Context. We investigate the chromospheric counterpart of small-scale coronal loops constituting a coronal bright point (CBP) and its response to a photospheric magnetic-flux increase accompanied by co-temporal CBP heating. Aims. The aim of this study is to simultaneously investigate the chromospheric and coronal layers associated with a CBP, and in so doing, provide further understanding on the heating of plasmas confined in small-scale loops. Methods. We used co-observations from the Atmospheric Imaging Assembly and Helioseismic Magnetic Imager on board the Solar Dynamics Observatory, together with data from the Fast Imaging Solar Spectrograph taken in the H α and Ca II 8542.1 Å lines. We also employed both linear force-free and potential field extrapolation models to investigate the magnetic topology of the CBP loops and the overlying corona, respectively. We used a new multi-layer spectral inversion technique to derive the temporal variations of the temperature of the H α loops (HLs). Results. We find that the counterpart of the CBP, as seen at chromospheric temperatures, is composed of a bundle of dark elongated features named in this work H α loops, which constitute an integral part of the CBP loop magnetic structure. An increase in the photospheric magnetic flux due to flux emergence is accompanied by a rise of the coronal emission of the CBP loops, that is a heating episode. We also observe enhanced chromospheric activity associated with the occurrence of new HLs and mottles. While the coronal emission and magnetic flux increases appear to be co-temporal, the response of the H α counterpart of the CBP occurs with a small delay of less than 3 min. A sharp temperature increase is found in one of the HLs and in one of the CBP footpoints estimated at 46% and 55% with respect to the pre-event values, also starting with a delay of less than 3 min following the coronal heating episode. The low-lying CBP loop structure remains non-potential for the entire observing period. The magnetic topological analysis of the overlying corona reveals the presence of a coronal null point at the beginning and towards the end of the heating episode. Conclusions. The delay in the response of the chromospheric counterpart of the CBP suggests that the heating may have occurred at coronal heights.

연구 동기 및 목표

• 코로나 밝은 점(CBP)에서 소규모 코로나 링크의 크로모스피어 대응체와 그 자기력 유입에 대한 동적 반응을 이해하기 위해.
• CBP에서 코로나 가열, 크로모스피어 활동, 자기력 증가 간의 시간적 관계를 조사하기 위해.
• 온도 및 발광 변화의 시기 분석을 통해 가열이 코로나에서 발생하는지 크로모스피어에서 발생하는지 규명하기 위해.
• 력균형 및 잠재장 외삽 기법을 사용하여 CBP의 자기 구조와 그 상부 코로나의 자기 구조를 분석하기 위해.
• 새로운 다층 스펙트럼 역해석 기법을 적용하여 Hα 링크의 온도 변화를 고시간 해상도로 유도하기 위해.

제안 방법

• SDO의 대기 이미징 어셈블리(AIA)와 헬리오세ismic 자기이미지기(HMI)의 동시 관측 데이터와 함께, 지상 기반의 빠른 이미징 태양 스펙트럼계측기(FISS)의 Hα 및 Ca ii 8542.1 Å 선 데이터를 활용하였다.
• Chae 등(2020)이 제안한 새로운 다층 스펙트럼 역해석 기법을 적용하여 Hα 링크 내 수소 온도의 시간적 변화를 유도하였다.
• 선형력균형장(LFFF) 및 잠재장 외삽 모델을 사용하여 CBP와 그 상부 코로나의 3차원 자기 구조를 재구성하였다.
• 자기력, 코로나 발광(AIA 193 Å), 크로모스피어 강도 및 도플러 시프트의 시간 변화를 분석하여 반응 지연을 규명하였다.
• 가열 사건 기간 동안 자기선로 구조 분석을 통해 코로나 빈점(null point)의 존재를 확인하였다.
• 코로나 가열(AIA 193 강도 상승), 자기력 증가(HMI), 크로모스피어 반응(Hα 및 Ca ii 선)의 시기를 비교하여 에너지 전달 메커니즘을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 코로나 밝은 점의 크로모스피어 대응체는 무엇이며, 코로나 가열에 어떻게 반응하는가?
• RQ2 CBP에서 코로나 가열과 크로모스피어 가열의 시작 사이에 시간 지연이 존재하는가?
• RQ3 CBP 링크 시스템의 자기 구조가 자기 재결합 또는 기타 에너지 방출 메커니즘을 지지하는가?
• RQ4 열전도와 입자 비임이 CBP 링크의 크로모스피어 발판을 가열하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 관측된 Hα 링크의 온도 상승은 코로나 링크의 온도 상승과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• CBP의 크로모스피어 대응체는 자기 링크 구조와 통합된 어두운, 길쭉한 Hα 링크의 군집으로 구성되어 있다.
• 광층 자기력 유입에 의해 유도된 코로나 가열 사건 뒤, 크로모스피어 반응이 3분 미만의 지연을 보이며 나타난다.
• 한 Hα 링크는 사전 사건 수준 대비 46%의 급격한 온도 상승을 보였고, 한 CBP 발판은 55%의 온도 상승을 보였으며, 모두 3분 미만의 지연으로 시작되었다.
• 낮은 고도의 CBP 링크 구조는 관측 기간 내내 잠재장이 아니었으며, 계속된 자기 에너지 축적을 시사한다.
• 자기 구조 분석을 통해 가열 사건 시작 및 종료 시점에 코로나 빈점이 존재함을 확인하여, 재결합 기반의 가열 시나리오를 지지한다.
• 코로나 가열 종료 후 약 30분 동안 크로모스피어의 동역학적 활성화(모틀, 강화된 하강류)가 지속되어 지속적인 에너지 투입을 시사한다.