[논문 리뷰] Coronal hole boundaries evolution at small scales: II. XRT view Can small-scale outflows at CHBs be a source of the slow solar wind?

S. Subramanian, M. S. Madjarska외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 02. 08.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 31인용 수 41

한 줄 요약

이 연구는 히노데의 XRT에서 확보한 고주기 X선 영상 자료를 활용하여 코로나홀 경계에서의 미세 구조적 동역학을 조사하였으며, 임시 밝아짐 현상의 70%가 팽창하는 고리 또는 정렬된 외출 기류를 보이며, 개방된 필드와 폐쇄된 자기장 간의 재결합을 강력히 시사한다. 이러한 분출은 X선으로 밝아진 점에서 기인하며, 느린 태양-wind의 중요한 기여 요소로 제안된다.

ABSTRACT

We developed an automated procedure for the identification of transient brightenings in images from the X-ray telescope on-board Hinode taken with an Al Poly filter in the equatorial coronal holes, polar coronal holes, and the quiet Sun with and without transient coronal holes. We found that in comparison to the quiet Sun, the boundaries of coronal holes are abundant with brightening events including areas inside the coronal holes where closed magnetic field structures are present. The visual analysis of these brightenings revealed that around 70% of them in equatorial, polar and transient coronal holes and their boundaries show expanding loop structures and/or collimated outflows. In the quiet Sun only 30% of the brightenings show flows with most of them appearing to be contained in the solar corona by closed magnetic field lines. This strongly suggests that magnetic reconnection of co-spatial open and closed magnetic field lines creates the necessary conditions for plasma outflows to large distances. The ejected plasma always originates from pre-existing or newly emerging (at X-ray temperatures) bright points. The present study confirms our findings that the evolution of loop structures known as coronal bright points is associated with the small-scale changes of coronal hole boundaries. The loop structures show an expansion and eruption with the trapped plasma consequently escaping along the "quasi" open magnetic field lines. These ejections appear to be triggered by magnetic reconnection, e.g. the so-called interchange reconnection between the closed magnetic field lines (BPs) and the open magnetic field lines of the coronal holes. We suggest that these plasma outflows are possibly one of the sources of the slow solar wind.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 X선 영상 분석을 통해 코로나홀 경계의 미세 구조적 동역학을 조사한다.
• 코로나홀 경계에서 관측된 일시적 밝아짐 현상의 기원과 성격을 규명한다.
• 코로나홀 경계에서의 소규모 외출 기류가 느린 태양풍에 기여할 수 있는지 평가한다.
• 개방된 자기장 구조가 지배하는 코로나홀과 폐쇄된 필드가 지배하는 잔잔한 태양면의 밝아짐 현상 빈도와 형태를 비교하여 자기장 구조의 영향을 추론한다.
• 개방된 필드선과 폐쇄된 필드선 간의 자기 재결합이 플라즈마 분출을 유도하는 역할을 탐색한다.

제안 방법

• 히노데 XRT의 Al-Poly 필터를 사용하여 일시적 밝아짐 현상을 자동으로 탐지하는 알고리즘을 적용하였다.
• 적도 코로나홀(ECH), 극 코로나홀(PCH), 일시적 코로나홀(TCH), 그리고 잔잔한 태양면(QS)에서의 여러 관측 캠프 데이터를 분석하였다.
• 형태학적 특성(팽창하는 고리, 정렬된 외출 기류 포함)을 기반으로 밝아짐 현상을 시각적 점검을 통해 분류하였다.
• 코로나홀과 잔잔한 태양면에서의 외출 기류 빈도를 비교하여 자기장 구조의 차이를 평가하였다.
• 분출의 기원이 코로나온도에서 존재하거나 새로 나타난 X선 밝은 점(BPs)으로 추적되었다.
• 폐쇄된 자기장 고리(BPs)와 개방된 필드선 간의 교환 재결합이 플라즈마 분출을 유도하는 역할을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 코로나홀 경계에서의 일시적 밝아짐 현상은 잔잔한 태양면과 비교해 어떤 빈도와 형태를 가지는가?
• RQ2 코로나홀 경계에서 관측된 외출 기류는 자기 재결합과 일치하는 특성을 보이는가?
• RQ3 코로나홀 경계에서 밝은 점에서 발생하는 플라즈마 분출이 느린 태양풍 기원을 설명할 수 있는가?
• RQ4 개방된 자기장이 지배하는 영역(코로나홀)과 폐쇄된 자기장이 지배하는 영역(잔잔한 태양면) 간의 밝아짐 현상 물리적 특성은 어떻게 다름?
• RQ5 X선 밝은 점의 출현과 코로나홀 경계에서의 외출 기류 발생 간에 상관관계가 있는가?

주요 결과

• 적도, 극, 일시적 코로나홀 및 그 경계에서 관측된 일시적 밝아짐 현상의 70%가 팽창하는 고리 또는 정렬된 외출 기류를 보이며, 이는 잔잔한 태양면의 30%에 비해 높은 비율이다.
• 코로나홀 내 대부분의 외출 기류는 폐쇄된 자기장 선에 의해 봉인되지 않아, 개방된 필드선이 지속적인 플라즈마 탈출을 허용함을 시사한다.
• 플라즈마 분출은 X선으로 밝아진 점에서 기인하며, 이는 개방된 필드와 폐쇄된 자기장 간의 자기 재결합이 일어나는 장소이다.
• 관측된 동역학은 교환 재결합과 일치하며, 이는 폐쇄된 고리가 개방된 필드선과 재결합하여 갇힌 플라즈마를 행성간 공간으로 방출함을 의미한다.
• 이 연구는 코로나홀 경계에서의 소규모 고리의 진화 및 분출이 자기 재결합에 의해 유도되며, 느린 태양풍의 가능성이 있는 기여 요소임을 확인하였다.
• 결과는 코로나홀 경계의 동역학, 특히 BPs에서의 재결합이 느린 태양풍의 질량과 에너지 입력에 크게 기여한다는 가설을 지지한다.