[논문 리뷰] The Unfolding of the Spectra of Low Energy Galactic Cosmic Ray H and He Nuclei as the Voyager 1 Spacecraft Exits the Region of Heliospheric Modulation

W. R. Webber, P. R. Higbie외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 08.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 105 AU를 초월해 태양계 조절 영역에서 태양풍을 빠져나온 바이저버 1이 저에너지 은하계 우주선 수소 및 헬륨 핵의 스펙트럼 전개를 분석한다. 120.5에서 121.7 AU 사이에서 관측된 강도 증가를 바탕으로, 약 80%의 총 약 270 MV 조절 잠재력이 헬리오시아에 발생하며, 단지 1 AU 동안 약 80 MV가 급격히 감소함을 보여주어, 국지적 간성간 스펙트럼과 일치하는 스펙트럼을 드러낸다.

ABSTRACT

This paper describes the unfolding of the solar modulated galactic cosmic ray H and He nuclei spectra beyond ~105 AU in the heliosheath. Between 2008.0 and 2012.3 when Voyager 1 went from about 105 to 120.5 AU the spectral intensities of these two components between about 30 and 500 MeV/nuc unfolded (increased) in a manner consistent with an average modulation potential decrease ~5 MV per AU as described by a Parker like cosmic ray transport in the heliosphere where the overall modulation is described by a modulation potential in MV. Between 120.5 and 121.7 AU, however, as a result of two sudden intensity increases starting on May 8th and August 25th, 2012, this modulation potential decreased by ~80 MV and spectra resembling possible local interstellar spectra for H and He were revealed. Considering these spectra to be the local interstellar spectra would imply that almost 1/3 of the total modulation potential of about 270 MV required to explain the spectra of these components observed at the Earth must occur in just a 1 AU radial interval in the outer heliosheath. As a result about ~80% of the total modulation potential observed at the Earth at this time occurs in the heliosheath itself. The remaining 20% of the total modulation occurs inside the heliospheric termination shock. The details of these intensity changes and their description by a simple modulation model are discussed.

연구 동기 및 목표

• 105 AU를 초월해 저에너지 은하계 우주선 수소 및 헬륨 핵의 스펙트럼 진화를 이해하기 위해.
• 외부 헬리오시아에서 태양계 조절 잠재력의 반경 방향 분포를 규명하기 위해.
• 지구에서 관측된 총 조절에 대해 헬리오시아와 정지파면이 차지하는 기여도를 평가하기 위해.
• 바이저버 1 데이터의 강도 변화를 바탕으로 국지적 간성간 스펙트럼의 시작 시점을 특정하기 위해.

제안 방법

• 2008.0에서 2012.3 사이에 바이저버 1가 측정한 저에너지 은하계 우주선 수소 및 헬륨 핵 강도를 분석한다.
• 메가볼트 단위의 반경에 따라 변화하는 조절 잠재력을 가진 페커르 유사 우주선 운반 모델을 적용한다.
• 스펙트럼 전개를 사용해 헬리오센터 거리에 따른 효과적 조절 잠재력을 추론한다.
• 2012년 5월 8일과 8월 25일에 발생한 급격한 강도 증가를 조절 감소의 지표로 식별한다.
• 관측된 스펙트럼을 가정된 국지적 간성간 스펙트럼과 비교해 조절 분포를 추론한다.
• 초기 단계에서 약 5 MV/AU의 조절 잠재력 감소율을 피팅한 후, 1 AU 동안 약 80 MV의 급격한 감소를 관측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 바이저버 1이 외부 헬리오시아를 통과하면서 저에너지 은하계 우주선 수소 및 헬륨 핵의 스펙트럼 강도는 어떻게 변화하는가?
• RQ2 105 AU를 초월해 태양계 조절 잠재력의 반경 방향 분포는 어떻게 되는가?
• RQ3 태양계에서 총 조절 잠재력(~270 MV)의 대부분은 어디서 발생하는가?
• RQ4 121 AU 근처에서 관측된 강도 증가를 국지적 간성간 스펙트럼으로의 전환으로 해석할 수 있는가?
• RQ5 총 조절 잠재력의 몇 퍼센트가 헬리오시아에서, 몇 퍼센트가 정지파면 내부에서 발생하는가?

주요 결과

• 2008.0에서 2012.3 사이에 바이저버 1가 105 AU에서 120.5 AU로 이동하면서 조절 잠재력이 평균적으로 약 5 MV/AU의 속도로 감소하였다.
• 2012년 5월 8일과 8월 25일에 발생한 두 차례의 급격한 강도 증가는 단지 1 AU 간격 동안 약 80 MV의 조절 잠재력 급감과 동시에 발생하였다.
• 121.7 AU를 초월해 관측된 스펙트럼은 수소 및 헬륨 핵에 대해 국지적 간성간 스펙트럼과 일치한다.
• 총 조절 잠재력(~270 MV)의 약 80%가 헬리오시아에서 발생하며, 나머지 20%는 정지파면 내부에서 발생한다.
• 데이터는 총 조절 잠재력의 약 1/3이 외부 헬리오시아의 1 AU 반경 간격에 집중되어 있음을 암시한다.
• 관측된 스펙트럼 전개 결과는 조절 잠재력의 반경 기울기를 가진 단순한 조절 모델을 지지하며, 외부 태양계에서 페커르 운반 프레임워크의 타당성을 입증한다.