[논문 리뷰] Extreme-ultraviolet Late Phase in Homologous Solar Flares from a Complex Active Region

Ying Zhong, Yu Dai외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 20.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 68인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 SDO 데이터를 사용하여 활성역 NOA 11283의 여섯 개의 유사한 플레어에서 극자외선 후기 단계(ELP)를 조사하며, 첫 번째 플레어에서는 추가 가열에서 기인하는 것으로 나타나지만, 이후 플레어에서는 장기적인 냉각으로 기인하는 것으로 나타났다. 플레어 리본 조도와 ELP 최고 강도 사이의 양의 상관관계는 F3–F6 플레어에서 냉각이 주요 메커니즘임을 뒷받침하며, 자기장 변화와 재결합 구조가 전이를 설명하고, 특히 폐쇄된 플레어 F6에서 매우 강한 ELP를 유발한다.

ABSTRACT

Recent observations in extreme-ultraviolet (EUV) wavelengths reveal a new late phase in some solar flares, which is seen as a second peak in warm coronal emissions ($\sim3$ MK) several tens of minutes to a few hours after the soft X-ray (SXR) peak. The origin of the EUV late phase (ELP) is explained by either a long-lasting cooling process in the long ELP loops, or a delayed energy ejection into the ELP loops well after the main flare heating. Using the observations with the \emph{Solar Dynamics Observatory} (\emph{SDO}), we investigate the production of the ELP in six homologous flares (F1--F6) originating from a complex active region (AR) NOAA 11283, with an emphasis on the emission characteristics of the flares. It is found that the main production mechanism of the ELP changes from additional heating in flare F1 to long-lasting cooling in flares F3--F6, with both mechanisms playing a role in flare F2. The transition is evidenced by an abrupt decrease of the time lag of the ELP peak, and the long-lasting cooling process in the majority of the flares is validated by a positive correlation between the flare ribbon fluence and the ELP peak intensity. We attribute the change in ELP production mechanism to an enhancement of the envelope magnetic field above the AR, which facilitates a more prompt and energetic heating of the ELP loops. In addition, the last and the only confined flare F6 exhibits an extremely large ELP. The different emission pattern revealed in this flare may reflect a different energy partitioning inside the ELP loops, which is due to a different magnetic reconnection process.

연구 동기 및 목표

• 복잡한 활성역에서 유래한 유사한 태양 플레어의 극자외선 후기 단계(ELP)의 물리적 기원을 이해하는 것.
• ELP가 플레어 링크에서 지연 가열인지 장기적인 냉각인지에 의해 주도되는지 확인하는 것.
• 진화하는 자기장과 재결합 구조가 ELP 특성 형성에 미치는 역할을 조사하는 것.
• 특히 ELP에서 열에너지 분포의 차이를 폐쇄형 플레어와 분리형 플레어 간에 조사하는 것.

제안 방법

• SDO/EVE의 전체 디스크 EUV 복사계량 데이터와 SDO/AIA의 고주기 EUV 영상 데이터를 사용하여 다수의 파assingband에서 플레어 라이트 커브를 추적하였다.
• 10× 배경 변동 임계값을 사용하여 급격한 단계 동안 AIA 1600 Å 강도를 통합하여 플레어 리본 조도를 측정하였다.
• 부드러운 X선 최고점과 ELP 최고점 사이의 시간 지연을 계산하여 ELP 발생 시점의 시간적 변화를 추적하였다.
• ELP 최고 강도와 플레어 리본 조도 사이의 산점도 분석을 수행하여 주요 ELP 생성 메커니즘을 추론하였다.
• 상관관계 강도를 정량화하기 위해 등급법 적합을 적용하여 냉각과 추가 가열 시나리오를 구분하였다.
• HMI 자기장도와 이전의 力-자유 필드 외삽을 사용하여 자기장 구조의 진화와 재결합 구조를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동일한 활성역에서 유래한 유사한 플레어에서 ELP를 유도하는 주요 물리적 메커니즘(추가 가열 대비 장기적 냉각)은 무엇인가?
• RQ2 부드러운 X선 최고점과 ELP 최고점 사이의 시간 지연이 연속적인 플레어에 걸쳐 어떻게 변화하는가? 이는 ELP 형성에 어떤 의미를 갖는가?
• RQ3 위상 자기장 강도와 구조가 ELP 메커니즘이 가열에서 냉각으로 전이되는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 왜 폐쇄된 플레어 F6는 시리즈 내 다른 플레어들보다 매우 강한 ELP를 나타내는가?
• RQ5 특히 열에너지와 비열에너지 침착의 측면에서, 폐쇄형 플레어와 분리형 플레어에서 ELP 링크의 에너지 분포는 어떻게 다를까?

주요 결과

• ELP 생성 메커니즘은 플레어 F1에서 추가 가열에서 시작하여 플레어 F3–F6에서는 장기적인 냉각으로 전이되었으며, 플레어 F2에서는 양쪽 메커니즘이 기여하였다.
• 플레어 F1 이후로 SXR 최고점과 ELP 최고점 사이의 시간 지연이 급격히 감소하여, 지연 가열에서 더 이른, 더 효율적인 링크 가열로의 전이를 시사한다.
• 원격 플레어 리본 조도와 ELP 최고 강도 사이의 강한 양의 상관관계(r = 0.946)는 F3–F6 플레어에서 냉각이 주요 메커니즘임을 뒷받침한다.
• 폐쇄된 플레어인 F6는 매우 큰 ELP 최고 강도를 보이며, 준분리경계층 내의 슬립런닝 재결합으로 인해 다른 에너지 분포가 발생했음을 시사한다.
• 플레어 F1 이후 강화된 위상 자기장은 ELP 링크의 더 빠르고 에너지가 많은 가열을 유도하여, 후속 플레어에서 냉각 지배적 ELP를 촉진하였다.
• 플레어 F3와 F6에서 관측된 NS 방향의 플럭스 로프는 가장 강한 ELP 최고 강도와 관련이 있으며, 이는 방향이 위상 자기장선과의 상호작용 효율성에 영향을 준다는 것을 시사한다.