[論文レビュー] The chromospheric component of coronal bright points. Coronal and chromospheric responses to magnetic-flux emergence

M. S. Madjarska, Jongchul Chae+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 59被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、SDOおよび地上望遠鏡の多波長観測を用いて、コロナ光点（CBP）のコアスフィア的対応を調査し、コアスフィア的Hαループがコロナ加熱に3分未塔の遅れを伴って応答することを明らかにした。この結果は、コロナ加熱が先に発生し、その後にコアスフィア加熱が続くことを示唆し、磁気再結合と熱伝導がコロナからコアスフィアへのエネルギー輸送を駆動するシナリオを支持する。

ABSTRACT

Context. We investigate the chromospheric counterpart of small-scale coronal loops constituting a coronal bright point (CBP) and its response to a photospheric magnetic-flux increase accompanied by co-temporal CBP heating. Aims. The aim of this study is to simultaneously investigate the chromospheric and coronal layers associated with a CBP, and in so doing, provide further understanding on the heating of plasmas confined in small-scale loops. Methods. We used co-observations from the Atmospheric Imaging Assembly and Helioseismic Magnetic Imager on board the Solar Dynamics Observatory, together with data from the Fast Imaging Solar Spectrograph taken in the H α and Ca II 8542.1 Å lines. We also employed both linear force-free and potential field extrapolation models to investigate the magnetic topology of the CBP loops and the overlying corona, respectively. We used a new multi-layer spectral inversion technique to derive the temporal variations of the temperature of the H α loops (HLs). Results. We find that the counterpart of the CBP, as seen at chromospheric temperatures, is composed of a bundle of dark elongated features named in this work H α loops, which constitute an integral part of the CBP loop magnetic structure. An increase in the photospheric magnetic flux due to flux emergence is accompanied by a rise of the coronal emission of the CBP loops, that is a heating episode. We also observe enhanced chromospheric activity associated with the occurrence of new HLs and mottles. While the coronal emission and magnetic flux increases appear to be co-temporal, the response of the H α counterpart of the CBP occurs with a small delay of less than 3 min. A sharp temperature increase is found in one of the HLs and in one of the CBP footpoints estimated at 46% and 55% with respect to the pre-event values, also starting with a delay of less than 3 min following the coronal heating episode. The low-lying CBP loop structure remains non-potential for the entire observing period. The magnetic topological analysis of the overlying corona reveals the presence of a coronal null point at the beginning and towards the end of the heating episode. Conclusions. The delay in the response of the chromospheric counterpart of the CBP suggests that the heating may have occurred at coronal heights.

研究の動機と目的

• コロナ光点（CBP）における小スケールコロナルループのコアスフィア的対応を理解し、磁気フラックス出現への動的応答を解明すること。
• CBPにおけるコロナ加熱、コアスフィア的活動、磁気フラックス増加の時間的関係を調査すること。
• 温度および放射の変化のタイミングを分析することで、加熱がコロナかコアスフィアから始まるかを特定すること。
• 力フリーおよびポテンシャル場の外挿法を用いて、CBPの磁気トポロジーとその上層コロナを解析すること。
• 新規のマルチレイヤー分光逆解法を適用し、高時間分解能でHαループの温度変化を導出すること。

提案手法

• SDOの大気画像分光計（AIA）およびヘルモセイズミック磁気計（HMI）の同時観測に加え、地上の高速太陽分光計（FISS）によるHαおよびCa ii 8542.1 Å線のデータを用いた。
• Chaeら（2020）が提唱した新規のマルチレイヤー分光逆解法を用い、Hαループ内の水素温度の時間的変化を導出した。
• 線形力フリー場（LFFF）およびポテンシャル場外挿法モデルを用いて、CBPおよびその上層コロナの3次元磁気トポロジーを再構築した。
• 磁気フラックス、コロナ放射（AIA 193 Å）、コアスフィア的強度およびドップラーシフトの時間的変動を分析し、応答遅延を特定した。
• フィールドライントポロジー解析を用いて、加熱発生時における磁気場構造にコロナヌルポイントの存在を同定した。
• コロナ加熱（AIA 193強度上昇）、磁気フラックス増加（HMI）、コアスフィア応答（HαおよびCa ii線）のタイミングを比較し、エネルギー輸送メカニズムを推察した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コロナ光点のコアスフィア的対応とは何か。また、コロナ加熱にどのように応答するか。
• RQ2 CBPにおけるコロナ加熱とコアスフィア加熱の開始の間に時間遅れが生じるか。
• RQ3 CBPループ系の磁気トポロジーは、磁気再結合または他のエネルギー放出メカニズムを支持するか。
• RQ4 熱伝導および粒子ビームは、CBPループのコアスフィア的フットポイントの加熱に果たす役割は何か。
• RQ5 観測されたHαループの温度上昇は、コロナルループのそれとどのように比較できるか。

主な発見

• CBPのコアスフィア的対応は、磁気ループ構造に統合された暗黒で細長いHαループの束である。
• 光球磁気フラックス出現によって引き起こされたコロナ加熱発生後に、3分未塔の遅れを伴ってコアスフィア応答が観測された。
• 1本のHαループは、事前値比で46％の急激な温度上昇を示し、1つのCBPフットポイントでは55％の温度上昇が観測された。両者とも3分未塔の遅れで開始された。
• 低層のCBPループ構造は、観測期間中を通して非ポテンシャル状態を維持しており、継続的な磁気エネルギー蓄積を示している。
• 磁気トポロジー解析により、加熱発生の前後においてコロナヌルポイントが確認され、再結合駆動の加熱シナリオを支持する。
• コロナ加熱終了後約30分間、モーテルや強化されたダウンフローを含むコアスフィア的ダイナミクスの増強が持続した。これは、エネルギーの長時間にわたる蓄積を示唆する。