[論文レビュー] Does Local Structure Within Shock-sheath and Magnetic Cloud Affect Cosmic Ray Decrease?

Anil Raghav, Zubair Shaikh+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2016

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 27被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、日趨コロナ質量噴出（ICME）の衝撃シェーシュおよび磁気雲（MC）内における局所的磁気構造が、フォービッシュ減少（FD）を引き起こす役割を再評価する。18件の強力なFDイベント（≥8%）を分析した結果、広範囲の領域だけでなく、局所的な乱流や内部歪みが、多段階のFDプロファイルを顕著に形作ることを明らかにした。これは、従来の二段階モデルに疑問を呈し、段階数と構造固有の寄与に基づいた洗練された分類法の提唱を促す。

ABSTRACT

The sudden short duration decrease in cosmic ray flux is known as Forbush decrease which is mainly caused by interplanetary disturbances. Generally accepted view is that the first step of Forbush decrease is due to shock sheath and second step is due to Magnetic Cloud (MC) of Interplanetary Coronal Mass Ejection (ICME). However, there are few questions which needs detail investigation. (i) Does the complete (or part of) ICME shock or MC contribute in cosmic ray decrease? (ii) Is there any internal structure associated with the ICMEs shock/MC which precisely contribute in decrease? To address these questions we have studied a total of 18 large ($>=8 \%$) Forbush decrease events and associated ICMEs. Majority of events shows multi-steps Forbush decrease profile. This leads into re-classification of Forbush decrease events depending upon the number of steps observed in their respective profile. The present study clearly indicates that not only broad regions (shock-sheath and MC) contribute to Forbush decrease but also localized structures within shock-sheath and MC have very much significant importance in Forbush decrease profile.

研究の動機と目的

• ICMEの衝撃シェーシュおよび磁気雲（MC）内における局所的内部構造が、フォービッシュ減少（FD）プロファイルに与える影響を調査すること。
• 従来の二段階FDモデル（最初の段階と2番目の段階がそれぞれ衝撃シェーシュおよびMC領域に起因するとするもの）を疑問視すること。
• 観察された段階数とその物理的起源に基づいて、FDイベントの新しい分類体系を提唱すること。
• 小規模な磁気構造の寄与を考慮することで、ICMEパラメータと宇宙線調製の関係をより深く理解すること。

提案手法

• 1998年から2011年までの18件の大きなフォービッシュ減少イベント（≥8%）を、世界51か所の観測所が提供する5分間解像度のニュートロンモニタ（NM）データを用いて分析した。
• ACEおよびCDAWebデータベースから得た、地上付近の太陽風および惑星間磁場（IMF）測定値と、FDプロファイルを相関させた。
• FDイベントを、フラックス減少プロファイル内の段階数に基づいて分類し、衝撃シェーシュおよびMCの通過フェーズと関連付けた。
• 衝撃シェーシュおよびMC通過中のFDプロファイルの時間的特徴（段階のタイミング、持続時間、大きさ）を検討した。
• IMFの変動および宇宙線フラックスの変動を分析することで、局所的乱流および磁場歪みの兆候を同定した。
• 段階数と衝撃シェーシュおよびMCからの構造的寄与に基づいて、FDイベントの見直された分類フレームワークを提唱した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ICMEの衝撃シェーシュおよび磁気雲（MC）内に存在する局所的構造が、フォービッシュ減少（FD）プロファイルの形状と段階数に顕著な影響を及ぼすか？
• RQ2 ICME内の小規模な磁場構造が、広範囲の衝撃シェーシュおよびMC領域を超えて、宇宙線調製にどの程度寄与するか？
• RQ3 従来の二段階FDモデルを維持できるか、それとも、ICMEイベントで観測される多段階FDプロファイルを説明するには不十分か？
• RQ4 特にフラックスがほぼ一定を保つ場合に、MC通過中の宇宙線フラックスの回復段階を説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ5 ICME内でのIMFの乱流および磁場秩序の変化が、FDの大きさと時間的変化にどのように影響するか？

主な発見

• 多段階のフォービッシュ減少プロファイルは、衝撃シェーシュおよびMC両領域通過時に一般的に観測され、局所的構造（広範囲の領域ではなく）が減少を駆動していることを示している。
• 衝撃シェーシュ通過中に観測される短時間・急激な宇宙線フラックス低下は、局所的乱流領域に関連しているが、緩やかな低下は広範囲の乱流を示唆している。
• MC通過中の宇宙線フラックスの回復は、惑星間磁場（IMF）の総強度低下に起因し、これにより宇宙線がMC内に拡散しやすくなる。
• ほぼすべてのイベントでMC内での回復が観測され、MCの秩序ある磁場が初期には宇宙線拡散を抑制しているが、IMF強度の低下に伴い後に回復が生じることを示している。
• MC通過中に複数の段階が観測されるのは、通常秩序ある磁場構造に局所的な歪みが生じたためであるとされる。
• 従来の二段階モデルでは多段階FDを説明できないため、段階数と構造的起源に基づいた見直された分類体系の導入が不可欠である。