[논문 리뷰] The Origin of the EUV Late Phase: A Case Study of the C8.8 Flare on 2010 May 5

R. A. Hock, T. N. Woods외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 02. 22.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 2010년 5월 5일 C8.8 플레어의 EUV 후기 단계를 2–3 MK 복사에서의 제2차 강화로 규명하며, 이는 폭발 후 상부에 위치한 더 긴 코로나 링크에서 재결합이 발생함으로써 유도된 것으로 밝혀졌다. SDO의 다중 기기 데이터(AIA, EVE)와 EBTEL 모델링을 활용하여, 주 플레어의 급격한 가열과는 다름없이 지속적인 낮은 수준의 가열이 상부 링크에서 발생함으로써 후기 단계의 복사가 발생하지만, 뜨거운 코로나 선이 크게 증가하지 않는다는 점을 설명한다. 이는 EUV 라이트커브에서 관측된 시간적·공간적 분리 현상과 부합한다.

ABSTRACT

Since the launch of NASA's Solar Dynamics Observatory on 2010 February 11, the Extreme ultraviolet Variability Experiment (EVE) has observed numerous flares. One interesting feature observed by EVE is that a subset of flares exhibit an additional enhancement of the 2-3 million K emission several hours after the flare's soft X-ray emission. From the Atmospheric Imaging Assembly (AIA) images, we observe that this secondary emission, dubbed the EUV late phase, occurs in the same active region as the flare but not in the same coronal loops. Here, we examine the C8.8 flare that occurred on 2010 May 5 as a case study of EUV late phase flares. In addition to presenting detailed observations from both AIA and EVE, we develop a physical model of this flare and test it using the Enthalpy Based Thermal Evolution of Loops (EBTEL) model.

연구 동기 및 목표

• 주 플레어 이후 수 시간이 지난 후 2–3 MK 선에서 관측되는 제2차 EUV 복사 피크인 EUV 후기 단계의 물리적 기원을 규명하는 것.
• SDO의 고주기 AIA 및 EVE 관측 자료를 분석하여 EUV 후기 단계가 주 플레어와 시간적·공간적으로 분리되어 나타나는 이유를 밝히는 것.
• 관측된 EUV 라이트커브를 재현하고 후기 단계 동안 뜨거운 선 복사가 증가하지 않는 이유를 설명하기 위해 Enthalpy Based Thermal Evolution of Loops (EBTEL) 프레임워크를 활용한 물리적 모델을 개발하고 검증하는 것.
• 후기 단계가 주 플레어와 다른 자기장 플럭스 시스템에서 발생하는 별도의 재결합 과정에 기인한 것인지, 특히 더 길고 높은 링크에서 발생하는지 규명하는 것.

제안 방법

• SDO의 대기 영상 어셈블리(AIA)에서 제공하는 고주기(12초) 전체 디스크 EUV 영상 자료를 활용하여 EUV 후기 단계의 링크 진화 및 공간적 국소화를 추적하였다.
• 6–105 nm 범위, 0.1 nm 스펙트럼 해상도로 제공되는 태양계외우주복사변동실험(EVE)의 디스크 통합 EUV 복사율 라이트커브를 분석하여 Fe xvi(33.5 nm), Fe xv(28.8 nm), Fe xx/xxiii(13.3 nm) 선에서의 복사 피크를 식별하였다.
• 시간에 따라 변화하는 가열 프로파일과 링크 파rameters를 포함한 Enthalpy Based Thermal Evolution of Loops(EBTEL) 모델을 적용하여 개별 코로나 링크의 열적 진화를 시뮬레이션하였다.
• EVE 관측 자료에 맞추어 EBTEL 모델을 조정하기 위해, 여러 링크 스트랜드에 대해 가열률, 링크 길이, 전자 밀도를 조정하여 관측된 Fe xvi 및 Fe xx/xxiii 라이트커브를 재현하는 것을 목표로 하였다.
• EBTEL 모델에서 링크 기하학을 제약 조건으로 사용하기 위해, 주 단계에서는 5–15 Mm, 후기 단계에서는 35–50 Mm의 AIA 링크 반장의 추정치를 활용하였다.
• 두 가지 가열 단계를 구분: 주 플레어 기간 동안의 짧고 강한 폭발적 가열(점진적 단계), 후기 단계 동안의 지속적인 낮은 강도의 가열, 각각 별도의 링크 시스템에 해당한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부드러운 X선 및 뜨거운 코로나 선의 피크 이후 수 시간이 지난 후 2–3 MK EUV 복사에서 관측되는 제2차 강화(즉, EUV 후기 단계)는 무엇에 의해 발생하는가?
• RQ2 왜 EUV 후기 단계는 따뜻한 코로나 선(예: Fe xvi)에서는 관측되지만 더 뜨거운 선(예: Fe xx/xxiii)이나 GOES 부드러운 X선 복사율에서는 관측되지 않는가?
• RQ3 후기 단계에서 복사가 발생하는 링크들은 주 플레어 단계에 관여한 링크들과 시간적·공간적으로 구분되는가?
• RQ4 EBTEL 모델은 가열률, 링크 길이, 전자 밀도 등의 물리적 파라미터를 사용하여 관측된 EUV 후기 단계의 라이트커브를 재현할 수 있는가?
• RQ5 뜨거운 플라즈마의 급격한 가열 없이도 후기 단계 복사를 유도하기 위해 필요한 자기 구조와 재결합 과정은 무엇인가?

주요 결과

• 2010년 5월 5일 C8.8 플레어의 EUV 후기 단계는 초기 급격한 가열 및 점진적 단계에서 관여한 링크와는 별개로, 반장이 약 35–50 Mm인 더 긴 상부 코로나 링크에서 기인한다.
• EBTEL 모델은 주 플레어 기간 동안의 짧고 강한 폭발적 가열과 후기 단계 동안의 약 60분에 걸친 지속적인 낮은 수준의 가열을 적용함으로써 관측된 EVE 라이트커브를 성공적으로 재현하였다.
• 후기 단계의 가열은 주 단계의 가열보다 단위 길이당 약한 것으로, 피크 온도는 약 500만 K에 머무르며, 이는 Fe xx/xxiii 선에서의 복사 강화가 관측되지 않는 이유를 설명한다.
• 모델은 후기 단계 링크 내 전자 밀도와 온도가 Fe xx/xxiii에서 강한 복사가 발생하기 위한 임계값 이하로 유지됨을 보여주며, 관측 결과와 일치한다.
• 후기 단계 복사는 소형 CME의 분출과 함께 발생하는 재결합에 기인하며, 이는 주 플레어를 담당하는 내부 자기 플럭스 시스템(빨간색)과는 별개로, 별도의 상부 자기 구조(파란색, 그림 3 참조)에서 발생한다.
• EUV 후기 단계는 새로운 현상이 아니지만, SDO의 AIA 및 EVE 기기의 고해상도, 고주기, 넓은 파장 범위의 관측 능력 덕분에 이제야 세밀하게 관측 가능해졌다.