[論文レビュー] Solar flare radio pulsations as a signature of dynamic magnetic reconnection

B. Kliem, M. Karlický+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2000

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 50

ひとこと要約

本稿では、太陽耀斑における準周期的電波パルセーションが、広がった電流シート内での動的磁気リコネクションによって生じるとして提唱されている。磁気ドメインの繰り返し形成と凝集が、粒子加速を変調する。MHDシミュレーションにより、このメカニズムが確認され、パルセーションがプラズモイドの形成と噴出と直接関連していることが示され、インパルス的耀斑における電波放射とコロナ力学の統一的説明がなされる。

ABSTRACT

Decimetric radio observations of the impulsive solar flare on October 5, 1992, 09:25 UT show a long series of quasi-periodic pulsations deeply modulating a continuum in the 0.6-2 GHz range that is slowly drifting toward lower frequencies. We propose a model in which the pulsations of the radio flux are caused by quasi-periodic particle acceleration episodes that result from a dynamic phase of magnetic reconnection in a large-scale current sheet. The reconnection is dominated by repeated formation and subsequent coalescence of magnetic islands (known as ``secondary tearing'' or ``impulsive bursty'' regime of reconnection), while a continuously growing plasmoid is fed by newly coalescing islands. Such a model, involving a current sheet and a growing plasmoid, is consistent with the Yohkoh observations of the same flare (Ohyama & Shibata 1998). We present two-dimensional MHD simulations of dynamic magnetic reconnection that support the model. Within the framework of the proposed interpretation, the radio observations reveal details of plasmoid formation in flares.

研究の動機と目的

• 1992年10月5日太陽耀斑で観測された準周期的デシメトリック電波パルセーションの起源を説明すること。
• 弱いハードX線パルセーションと強い電波パルセーションの間の矛盾を解消するため、電波放射を閉じ込められた粒子分布ではなく、動的リコネクションに関連づけること。
• コロナ電流シート内でのプラズモイドの形成と噴出が、観測された電波バーストの変調を直接生じうるかを調査すること。
• 磁気ドメインの凝集を伴うインパルス的・バースト的リコネクションプロセスが、粒子加速を変調するという仮説を検証すること。
• 同じ耀斑の電波観測とYohkohソフトX線データを両立する自己整合的なリコネクションダイナミクスモデルを提供すること。

提案手法

• 自己整合的異常抵抗率を用いた長大な電流シート内での磁気リコネクションの2次元MHDシミュレーションを実施した。
• 磁気ドメイン（フラックスロープ）の形成と、それらの凝集による増大するプラズモイドのシミュレーションを行い、バースト的リコネクション状態を再現した。
• 磁場強度やプラズマ密度などの1992年10月5日耀斑の物理的パラメータを用いて、シミュレーション結果をコロナ状態にスケーリングした。
• シミュレートされた粒子加速率とプラズマ加熱を用いて、非等方的電子分布からの放射を仮定して電波放射を予測した。
• チューリッヒおよびオンドルイェフの観測されたデシメトリックおよびメトリック電波データと、シミュレートされた電波光曲線とダイナミックスペクトルを比較した。
• Yohkoh SXT観測によるプラズモイド噴出の制約を組み込み、シミュレーションの物理的整合性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽耀斑のインパルス的段階におけるデシメトリック電波バーストの準周期的パルセーションを生じる物理的メカニズムは何か？
• RQ2 同じエネルギー放出プロセスから生じるにもかかわらず、ハードX線と電波パルセーションの観測された逆相関はどのように説明できるか？
• RQ3 繰り返し磁気ドメインの形成と凝集を伴う動的磁気リコネクションが、観測されたパルセーションの時間スケールと振幅を再現できるか？
• RQ4 電波放射源はフレアループ内にあるのか、それともその上部の電流シートにあるのか？ これは放射メカニズムにどのように影響するか？
• RQ5 広がった電流シート内でのプラズモイドの形成と噴出が、粒子加速と電波放射の変調に果たす役割は何か？

主な発見

• 準周期的電波パルセーション（0.5–10秒スケール）は、動的電流シート内での繰り返し磁気ドメイン形成と凝集に起因する粒子加速の変調によって生じる。
• 本モデルは、電波放射をフレアループではなく電流シートに起因するとすることで、弱いハードX線パルセーションとその電波バーストとの逆相関を説明する。
• MHDシミュレーションにより、自己整合的異常抵抗率を伴うインパルス的・バースト的リコネクションが、Yohkoh観測と一致するプラズモイドの形成と噴出を生じることを確認した。
• 電波放射メカニズムは、安定なループ内に閉じ込められた粒子によるものではなく、プラズモイドまたは電流シート内の一時的な非等方的分布に起因する。
• シミュレーションにおけるプラズモイドは、島の逐次的凝集によって成長し、観測された電波バーストの低周波数へのゆっくりとしたドリフトと整合的である。
• 本モデルは、プラズモイドの噴出よりも前に電流シートが形成されたことを支持しており、一般的に考えられている「プラズモイドが電流シートを引き起こす」という見解に反する。