[論文レビュー] Homologous Flux Ropes Observed by SDO/AIA

Ting Li, Jun Zhang|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 35被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、SDO/AIAを用いて、活性領域AR 11745で、同じ場所に位置する中性線上部で、同じような形態を示す4つの相同な磁気フラックスロープの観測を初めて報告した。最初の3つのフラックスロープはゆっくりと上昇（≤30 km s⁻¹）し、CMEを伴わずに消退したが、4番目のフラックスロープは急速に噴出（~130 km s⁻¹）し、CMEを生成した。これは、4πのねじれを有するフィラメントに起因するねじれ不安定性によって引き起こされた可能性が高く、CMEを生成するのは速い噴出であり、ゆっくりとした噴出ではないことを示しており、先行する噴出が磁気的閉じ込めを弱める可能性があることを示している。

ABSTRACT

We firstly present the Solar Dynamics Observatory observations of four homologous flux ropes in active region (AR) 11745 on 2013 May 20-22. The four flux ropes are all above the neutral line of the AR, with endpoints anchoring at the same region, and have the generally similar morphology. For the first three flux ropes, they rose up with a velocity of less than 30 km s$^{-1}$ after their appearances, and subsequently their intensities at 131 Å decreased and the flux ropes became obscure. The fourth flux rope erupted ultimately with a speed of about 130 km s$^{-1}$ and formed a coronal mass ejection. The associated filament showed an obvious anti-clockwise twist motion at the initial stage, and the twist was estimated at 4$π$. This indicates that kink instability possibly triggers the early rise of the fourth flux rope. The activated filament material was spatially within the flux rope and they showed consistent evolution in their early stages. Our findings provide new clues for understanding the characteristics of flux ropes. Firstly, there are multiple flux ropes that are successively formed at the same location during an AR evolution process. Secondly, a slow-rise flux rope does not necessarily result in a CME, and a fast-eruption flux rope results in a CME.

研究の動機と目的

• 同じ活性領域内で同じ場所に複数のフラックスロープが形成・発展するメカニズムを調査すること。
• 相同なフラックスロープが相同なCMEに関連するかどうか、およびその噴出を引き起こす要因を特定すること。
• 磁気的ねじれと先行する噴出が、最終的なCMEを可能にする役割を分析すること。
• ゆっくり上昇するフラックスロープがCMEを生成しない条件と、速やかに噴出するものがCMEを生成する条件の違いを明確にすること。
• フラックスロープの発展と関連するフィラメントの運動およびEUV輝度上昇との関係を検討すること。

提案手法

• 12秒の高時間分解能のSDO/AIA全ディスクEUV観測（131 Åおよび94 Åチャンネル）を用い、フラックスロープの形態と発展を特定・追跡した。
• 45秒の時間分解能を有する同時刻のHMI線形磁場マップを分析し、フラックスロープの脚部付近の光球磁場変化を評価した。
• AIA 131 Å、304 Å、171 Åデータを比較し、噴出後のアーチ型構造の温度発展と時間的ずれを分析した。
• LASCO/SOHOコログラフデータを用いてCMEの発生を確認し、4番目のイベントの噴出速度（~1200 km s⁻¹）を測定した。
• 形態の発展と反時計回りの運動を用いて、フィラメント内の磁気的ねじれを推定し、約4πのねじれを同定した。これはねじれ不安定性の臨界閾値（2π）を超えていた。
• 3番目のフラックスロープの噴出と、4番目の噴出に先立つ上層アーチ型構造の不安定化との時間的・空間的関係を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同じ活性領域内で複数のフラックスロープが連続的に同じ場所に形成されるか。その形成を支配する条件は何か。
• RQ2 ゆっくり上昇するフラックスロープと速く噴出するものの間で、CME生成の挙動にどのような差が生じるか。
• RQ3 先行する噴出が、その後のフラックスロープ噴出の磁気的閉じ込めと発火をどの程度影響するか。
• RQ4 フィラメント内の磁気的ねじれは、フラックスロープの噴出開始およびねじれ不安定性の発現とどのように関係するか。
• RQ5 一部のフラックスロープは高温EUVチャンネル（例：131 Å）でのみ観測されるが、他のものは複数のチャンネルで観測されるのはなぜか。

主な発見

• AR 11745で、中性線上部の同じ場所から出発し、同じ脚部に固定され、類似した形態を示す4つの相同なフラックスロープが観測された。
• 最初の3つのフラックスロープは、≤30 km s⁻¹の速度でゆっくり上昇し、CMEを伴わずに消退した。これは、ゆっくり上昇するからといってCMEが生成されるわけではないことを示している。
• 4番目のフラックスロープは約130 km s⁻¹の高速で噴出し、CMEを生成した。CMEの速度は約1200 km s⁻¹であった。これは、CMEを生成するのは速い噴出であることを示している。
• 関連するフィラメントは4πの反時計回りのねじれを示し、ねじれ不安定性の臨界閾値（2π）を超えていた。これは、このメカニズムが噴出を引き起こした可能性を示唆している。
• 噴出後のアーチ型構造は、131 Åで36分ほど早く出現したが、冷却されたチャンネル（304 Å、171 Å）では遅れて現れた。これは、高温プラズマから低温プラズマへの冷却を示している。
• 3番目のフラックスロープの噴出により、上層のアーチ型構造が除去された可能性があり、磁気的閉じ込めが弱まり、4番目のフラックスロープの噴出を可能にした。これは、先行する噴出とその後の噴出との因果関係を支持する。