[논문 리뷰] The prominence driven forced reconnection in the solar corona and associated plasma dynamics

A. K. Srivastava, Sudheer K. Mishra외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 14.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 65인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 2019년 12월 30일 SDO/AIA 다중 온도 데이터를 사용하여 태양 코로나에서 돌출 prominence에 의해 유도되는 강제 자기재결합의 첫 번째 직접 관측적 증거를 제시한다. 돌출 prominence가 유도하는 내류 코로나 플라즈마와 늘어진 자기장이 발생하여 약 09:48 UT에 재결합이 일어나, 이는 双방향 플라즈마 분출(28–37 km s⁻¹), 온도 log Te = 6.0–7.2로 가열된 플라즈마, 그리고 178–183 km s⁻¹ 속도로 발생하는 제트 유사 구조를 생성한다.

ABSTRACT

Using the multi-temperature observations from SDO/AIA on 30th December 2019, we provide a signature of prominence driven forced magnetic reconnection in the corona and associated plasma dynamics during 09:20 UT to 10:38 UT. A hot prominence segment erupts with a speed of 21 km/s and destabilises the entire prominence system. Thereafter, it rose upward in the north during 09:28 UT to 09:48 UT with a speed of 24 km/s. The eruptive prominence stretches overlying field lines upward with the speed of 27-28 km/s , which further undergo into the forced reconnection. The coronal plasma also flows in southward direction with the speed of 7 km/s, and both these inflows trigger the reconnection at 09:48 UT. Thereafter, the east and westward magnetic channels are developed and separated. The east-west reorganization of the magnetic fields starts creating bi-directional plasma outflows towards the limb with their respective speed of 28 km/s and 37 km/s. Their upper ends are diffused in the overlying corona, transporting another set of upflows with the speed of 22 km/s and 19 km/s. The multi-temperature plasma (Te=6.0-7.2) evolves and elongated upto a length of ~10^5 km on the reorganized fields. The hot plasma and remaining prominence threads move from reconnection region towards another segment of prominence in the eastward direction. The prominence-prominence/loop interaction and associated reconnection generate jet-like eruptions with the speed of 178-183 km/s. After the formation of jet, the overlying magnetic channel is disappeared in the corona.

연구 동기 및 목표

• 돌출 prominence에 의해 유도되는 태양 코로나에서의 강제 자기재결합을 규명하고 특성화하는 것.
• 돌출 prominence의 에르프루전이 상부 코로나 자기장과의 재결합을 유도하는 데 기여하는 외부 교란의 역할을 조사하는 것.
• 다중 온도 가열 및 이중 방향 분출을 포함한 관련 플라즈마 역학을 분석하는 것.
• 강제 재결합 기간 동안 제트 유사 구조의 형성과 에너지 전달 메커니즘을 검토하는 것.
• 이전에는 이론적으로만 제기되었던 대규모 태양 코로나 구조에서의 강제 재결합에 대한 관측적 증거를 확립하는 것.

제안 방법

• 94, 131, 1700, 193, 211, 304 Å에서 태양 태양계의 대기 영상 어셈블리(SDO/AIA)를 통해 다중 파장 극자외선(EUV) 관측을 수행하였다.
• 재결합 영역 내 플라즈마의 온도 분포(log Te = 6.0–7.2)를 유도하기 위해 차분 발열 측정(DEM) 분석을 적용하였다.
• 시간에 따른 영상 분석과 AIA 채널 강도에서 유도된 도플러 이동 추정을 통해 플라즈마 유속을 추적하였다.
• 코로나 링크와 돌출 prominence 구조의 형태 분석을 통해 자기장 선의 진화와 재결합 위치를 매핑하였다.
• 재결합 발생 시점(~09:48 UT)과 돌출 prominence에서 유래한 내류 플라즈마 및 늘어진 자기장의 도착을 상관 분석하였다.
• AIA 채널을 가로질러 정규화된 강도 프로파일과 DEM 지ap을 사용하여 재결합 위치에서 국소적 가열과 에너지 방출을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 돌출 prominence의 폭발에 의해 유도되는 강제 자기재결합이 대규모 태양 코로나에서 직접 관측될 수 있는가?
• RQ2 돌출 prominence에 의해 유도되는 강제 재결합 기간 동안 플라즈마 유속과 온도 변화는 어떠한가?
• RQ3 내류 코로나 플라즈마와 늘어진 자기장이 재결합을 유도하는 데 기여하는 방식은 무엇인가?
• RQ4 폭발하는 돌출 prominence가 이중 방향 분출과 제트 유사 구조를 생성하는 데 수행하는 역할은 무엇인가?
• RQ5 재결합 과정이 주변 코로나 플라즈마의 에너지 예산과 역학에 미치는 영향는 어떠한가?

주요 결과

• 약 09:48 UT에 약 21 km s⁻¹ 속도로 움직이는 뜨거운 돌출 prominence 세그먼트의 폭발로 인해 강제 자기재결합이 유도되었다. 이는 상부 자기장을 불안정하게 만들었다.
• 북쪽과 남쪽에서 유입되는 코로나 플라즈마(약 7 km s⁻¹)가 전류판을 압축하고 자기장 선 재구성 조건을 유도하여 재결합을 유도하였다.
• 이중 방향 플라즈마 분출이 각각 28 km s⁻¹(동쪽 방향) 및 37 km s⁻¹(서쪽 방향)로 관측되었으며, 상부 끝부분은 대기로 확산되어 약 22 km s⁻¹ 및 19 km s⁻¹의 추가적인 상행 유속을 운반하였다.
• 다중 온도 플라즈마(log Te = 6.0–7.2)는 재조직화된 자기장 선을 따라 약 105 km에 걸쳐 연장되며 효율적인 에너지 소산을 나타내었다.
• 재결합 과정은 178–183 km s⁻¹ 속도로 제트 유사 분출을 생성하였으며, 이는 상당한 운동 에너지 방출을 나타내었다.
• 제트 형성이 끝난 후 상부 자기 채널이 사라졌으며, 이는 재결합 과정 동안 자기 에너지 재구성 및 소멸이 일어났음을 확인하였다.