[논문 리뷰] Helium-like triplet density diagnostics: Applications to CHANDRA--LETGS X-ray observations of Capella and Procyon

Jan‐Uwe Ness, R. Mewe외 7명|ArXiv.org|2000. 12. 11.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 37인용 수 61

한 줄 요약

이 연구는 캐벨라와 프로시온의 코로나에서 헬륨-유사 삼중선 비율(f/i/r)을 통해 전자 밀도를 유도하기 위해 찰리의 LETGS를 사용한 고해상도 X선 분광법을 적용한다. 향상된 원자 모델을 사용하여 약 10^9.4 cm⁻³의 밀도를 도출하였으며, 이는 태양의 활성 지역과 유사하지만 더 높은 충진 인자 값을 가진 코로나 구조를 시사한다. 루프 스케일링 법칙은 캐벨라의 자기 루프가 프로시온의 것보다 최소 8배 이상 길다는 것을 시사하며, 유사한 플라즈마 온도와 표면 유량에도 불구하고 기본적인 자기 구조적 차이가 있음을 나타낸다.

ABSTRACT

Electron density diagnostics based on the triplets of Helium-like CV, NVI, and OVII are applied to the X-ray spectra of Capella and Procyon measured with the Low Energy Transmission Grating Spectrometer (LETGS) on board the Chandra X-ray Observatory. New theoretical models for the calculation of the line ratios between the forbidden (f), intercombination (i), and the resonance (r) lines of the helium-like triplets are used. The derived densities are quite typical of densities found in the solar active regions, and also pressures and temperatures in Procyon's and Capella's corona at a level of T=10^6K are quite similar. We find no evidence for densities as high as measured in solar flares. Comparison of our Capella and Procyon measurements with the Sun shows little difference in the physical properties of the layers producing the CV, NVI, and OVII emission. Assuming the X-ray emitting plasma to be confined in magnetic loops, we obtain typical loop length scales of L_Capella > 8 L_Procyon from the loop scaling laws, implying that the magnetic structures in Procyon and Capella are quite different. The total mean surface fluxes emitted in the helium- and hydrogen-like ions are quite similar for Capella and Procyon, but exceed typical solar values by one order of magnitude. We thus conclude that Procyon's and Capella's coronal filling factors are larger than corresponding solar values.

연구 동기 및 목표

• 찰리의 LETGS를 통해 고해상도 X선 분광법을 사용하여 캐벨라와 프로시온의 코로나에서 전자 밀도를 결정하는 것.
• 이 늦은 유형의 항성에서 X선 방출 플라즈마의 물리적 조건(온도, 압력, 밀도)을 평가하는 것.
• 캐벨라와 프로시온의 코로나 특성과 태양 및 상호 간의 비교를 통해 발열 측정값, 충진 인자, 자기 루프 구조에 초점을 맞추는 것.
• 관측된 X선 방출이 유사한 플라즈마 조건에서 발생하는지 아니면 별개의 자기 구조에 기인하는지 조사하는 것.

제안 방법

• 찰리 X선 우주선의 저에너지 투과 격자 분광계(LETGS)를 사용하여 캐벨라와 프로시온의 고해상도 X선 스펙트럼을 확보하였다.
• 헬륨-유사 C v, N vi, O vii 삼중선의 f/i 선 강도 비율을 사용하여 전자 밀도 진단을 적용하였다.
• 관측된 f/i 비율에서 전자 밀도를 유도하기 위해 금지선(f), 상호작용선(i), 공명선(r) 비율에 대한 새로운 이론 모델을 사용하였다.
• N vi 및 O viii 선에서 유도된 밀도와 온도를 사용하여 코로나 압력을 계산하였다.
• 루프 스케일링 법칙(Rosner 등 1978)을 적용하여 최대 온도와 압력에서 평균 루프 길이 스케일을 추정하였다.
• 거리, 노출 시간, 항성 표면적을 보정하여 캐벨라, 프로시온, 태양 간의 방출을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 헬륨-유사 삼중선 비율에서 도출된 캐벨라와 프로시온의 코로나에서의 전자 밀도는 무엇인가요?
• RQ2 캐벨라와 프로시온의 물리적 조건(온도, 압력, 밀도)은 태양 코로나와 비교하여 어떻게 다릅니까?
• RQ3 캐벨라와 프로시온의 X선 방출 플라즈마 구조는 자기 루프에 의해 구속되어 있는가? 만약 그렇다면 추정되는 루프 길이 스케일은 무엇인가요?
• RQ4 유사한 표면 유량을 고려할 때, 캐벨라와 프로시온의 X선 방출 플라즈마의 상대적 충진 인자는 태양과 비교하여 어떻게 되나요?
• RQ5 비록 온도와 유량이 유사하나, 왜 캐벨라와 프로시온는 유사한 온도와 유량에도 불구하고 루프 크기가 크게 다릅니다?

주요 결과

• 캐벨라의 O vii 전자 밀도는 <9.38 cm⁻³ (95% 신뢰구간 상한선)이며, f/i = 4.0 ± 0.25로 저밀도에서 중간밀도 플라즈마를 시사한다.
• 캐벨라의 N vi는 유도된 밀도가 9.86 ± 0.12 cm⁻³ (f/i = 1.78 ± 0.25)이며, 태양의 활성 지역 조건과 일치한다.
• 캐벨라의 C v는 밀도가 9.42 ± 0.21 cm⁻³ (f/i = 1.48 ± 0.34)로, 다시 한번 태양 유사 코로나 플라즈마의 특성을 보인다.
• 프로시온의 O vii 밀도는 9.28⁺⁰.⁴₋₀.⁹²⁸ cm⁻³ (f/i = 3.28 ± 0.3), N vi는 9.96 ± 0.23 cm⁻³ (f/i = 1.33 ± 0.28), C v는 <8.92 cm⁻³이며, 모두 태양의 활성 지역 범위 내에 있다.
• C, N, O의 헬륨-유사 및 수소-유사 이온에서의 총 평균 표면 유량은 캐벨라와 프로시온에서 유사하며, 태양보다 약 10배 정도 높다.
• 루프 스케일링 법칙은 캐벨라의 자기 루프가 프로시온의 것보다 최소 8배 이상 길다는 것을 시사하며, 이는 유사한 플라즈마 온도와 발열 측정값에도 불구하고 상당히 다른 자기 구조 크기를 반영한다.