[논문 리뷰] Active region upflows: 1. Multi-instrument observations

K. Vanninathan, M. S. Madjarska외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 09. 18.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 43인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 히노데, SDO, NSO의 다중 기기 관측을 통해 활성역의 상행 기류 기원을 조사한다. 고리층 제트가 코로나 상행 기류에 플라즈마를 공급하는 증거는 없으며, 대신 자기 유량 확산이 상행 기류를 이끄는 것으로 나타났고, 약 105 km s⁻¹의 지속적인 두 번째 속도 성분은 이중 물리 메커니즘을 시사한다.

ABSTRACT

Upflows at the edges of active regions (ARs) are studied by spatially and temporally combining multi-instrument observations obtained with EIS/Hinode, AIA and HMI/SDO and IBIS/NSO, to derive their plasma parameters. This information is used for benchmarking data-driven modelling of the upflows (Galsgaard et al., 2015). The studied AR upflow displays blueshifted emission of 5-20 km/s in Fe XII and Fe XIII and its average electron density is 1.8x10^9 cm^3 at 1 MK. The time variation of the density shows no significant change (in a 3sigma error). The plasma density along a single loop drops by 50% over a distance of 20000 km. We find a second velocity component in the blue wing of the Fe XII and Fe XIII lines at 105 km/s. This component is persistent during the whole observing period of 3.5 hours with variations of only 15 km/s. We also study the evolution of the photospheric magnetic field and find that magnetic flux diffusion is responsible for the formation of the upflow region. High cadence Halpha observations of the chromosphere at the footpoints of the upflow region show no significant jet-like (spicule/rapid blue excursion) activity to account for several hours/days of plasma upflow. Using an image enhancement technique, we show that the coronal structures seen in the AIA 193A channel is comparable to the EIS Fe XII images, while images in the AIA 171A channel reveals additional loops that are a result of contribution from cooler emission to this channel. Our results suggest that at chromospheric heights there are no signatures that support the possible contribution of spicules to AR upflows. We suggest that magnetic flux diffusion is responsible for the formation of the coronal upflows. The existence of two velocity components possibly indicate the presence of two different flows which are produced by two different physical mechanisms, e.g. magnetic reconnection and pressure-driven.

연구 동기 및 목표

• 고리층 제트가 활성역의 코로나 상행 기류를 유지하는 데 기여하는지 여부를 규명하는 것.
• 전자 밀도 및 도플러 이동 등의 플라즈마 매개변수의 시간적 변화를 분석하는 것.
• 광구 자기장 역학이 코로나 상행 기류 형성에 미치는 역할을 조사하는 것.
• 고리층 발광 및 스피큘레이트 유사 활동이 상행 기류 지속성에 기여하는지 평가하는 것.
• Galsgaard 등(2015)에서 제시한 데이터 기반 모델링을 위한 관측 기준을 제공하는 것.

제안 방법

• 히노데/EIS(Fe xii, Fe xiii), SDO/AIA(171 Å, 193 Å), HMI(자기장), NSO/IBIS(Hα)의 스펙트럼 및 영상 데이터를 조합하여 고주기, 다중 높이 분석을 수행.
• AIA 171 Å 및 193 Å 채널을 EIS Fe xii 데이터와 비교하기 위해 영상 강화 기법을 적용하여 더 낮은 온도의 발광 기여를 식별.
• 고주기 분석을 통해 Fe xii 및 Fe xiii 선에서 약 105 km s⁻¹의 두 번째 블루시프트 속도 성분의 존재 및 지속성을 탐지 및 추적.
• 전자 밀도(1 MK에서 1.8 × 10⁹ cm⁻³)의 시간적 안정성과 3σ 오차 범위 내에서의 변화를 시간 해상도 분석.
• 광구 자기장의 잠재력장 외삽을 통해 유량 변화 및 확산 과정 평가.
• Hα 선형형의 블루워드 비대칭성을 정량화하여 고리층 기저에서 RBE 또는 유형 II 스피큘레이트의 존재 여부 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 활성역 상행 기류 기저에서 고리층 제트 또는 스피큘레이트 유사 현상이 코로나 상행 기류에서 관측된 플라즈마를 공급하는가?
• RQ2 3.5시간 동안 활성역 상행 기류의 전자 밀도 및 도플러 속도의 시간적 변화 및 안정성은 어떠한가?
• RQ3 Fe xii 및 Fe xiii 선에서 관측된 약 105 km s⁻¹의 두 번째 속도 성분이 시간에 따라 지속적이고 변동성이 있는가?
• RQ4 유량 확산이 아닌 유량 상승과 비교하여 코로나 상행 기류 형성에 있어 광구 자기 유량 확산의 역할은 무엇인가?
• RQ5 다중 파장 관측(AIA, EIS, Hα)은 활성역 상행 기류의 구조 및 발광 특성을 어떻게 서로 비교할 수 있는가?

주요 결과

• 활성역 상행 기류 영역은 Fe xii 및 Fe xiii 선에서 5–20 km s⁻¹의 블루시프트 발광를 나타내며, 1 MK에서 평균 전자 밀도는 1.8 × 10⁹ cm⁻³이다.
• 전자 밀도는 3.5시간 동안 안정되어 있으며, 3σ 오차 범위 내에서 유의미한 변화가 없어 안정된 질량 공급 메커니즘을 시사한다.
• Fe xii 및 Fe xiii 선의 블루 웨이브에서 지속적인 두 번째 속도 성분(약 105 km s⁻¹)이 탐지되었으며, 관측 기간 내에서 ±15 km s⁻¹ 이내로 변동성이 매우 작다.
• 고주기 Hα 데이터에서 유의미한 제트 유사 또는 스피큘레이트 유사 활동은 관측되지 않았으며, RBE 특징의 블루워드 비대칭성도 상행 기류 기저에서 부재하다.
• 유량 상승이 아닌 자기 유량 확산이 상행 기류 영역 형성의 주요 메커니즘으로 규명되었다.
• AIA 171 Å 영상은 EIS Fe xii에서 보이지 않는 추가적인 더 낮은 온도의 고리도 보여주어 이 채널에 낮은 온도 플라즈마의 기여가 있음을 시사한다.