[論文レビュー] The prominence driven forced reconnection in the solar corona and associated plasma dynamics

A. K. Srivastava, Sudheer K. Mishra+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 65被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、2019年12月30日付のSDO/AIAマルチ温度データを用いて、太陽コロナにおけるプロミネンス駆動型強制磁気リコネクションの最初の直接的観測的証拠を提示する。噴出するプロミネンスが、流入するコロナプラズマと引き伸ばされた磁場線を引き起こし、約09:48 UTにリコネクションが発生。これにより、双方向のプラズマ噴流（28–37 km s⁻¹）、温度log Te = 6.0–7.2のプラズマ加熱、および178–183 km s⁻¹のジェット状噴出が生じた。

ABSTRACT

Using the multi-temperature observations from SDO/AIA on 30th December 2019, we provide a signature of prominence driven forced magnetic reconnection in the corona and associated plasma dynamics during 09:20 UT to 10:38 UT. A hot prominence segment erupts with a speed of 21 km/s and destabilises the entire prominence system. Thereafter, it rose upward in the north during 09:28 UT to 09:48 UT with a speed of 24 km/s. The eruptive prominence stretches overlying field lines upward with the speed of 27-28 km/s , which further undergo into the forced reconnection. The coronal plasma also flows in southward direction with the speed of 7 km/s, and both these inflows trigger the reconnection at 09:48 UT. Thereafter, the east and westward magnetic channels are developed and separated. The east-west reorganization of the magnetic fields starts creating bi-directional plasma outflows towards the limb with their respective speed of 28 km/s and 37 km/s. Their upper ends are diffused in the overlying corona, transporting another set of upflows with the speed of 22 km/s and 19 km/s. The multi-temperature plasma (Te=6.0-7.2) evolves and elongated upto a length of ~10^5 km on the reorganized fields. The hot plasma and remaining prominence threads move from reconnection region towards another segment of prominence in the eastward direction. The prominence-prominence/loop interaction and associated reconnection generate jet-like eruptions with the speed of 178-183 km/s. After the formation of jet, the overlying magnetic channel is disappeared in the corona.

研究の動機と目的

• 噴出するプロミネンスによって引き起こされる強制磁気リコネクションを同定し、特徴づけること。
• プロミネンスの噴出に伴う外部の摂動が、上層のコロナ磁場とリコネクションを引き起こす役割を調査すること。
• マルチ温度加熱と双方向噴流を含む関連するプラズマダイナミクスを分析すること。
• 強制リコネクション中にジェット状構造が形成されるメカニズムとエネルギー移動を検討すること。
• これまで理論的にのみ予想されてきた、大規模な太陽コロナ構造における強制リコネクションの観測的証拠を確立すること。

提案手法

• Solar Dynamics ObservatoryのAtmospheric Imaging Assembly (SDO/AIA) が取得した94, 131, 1700, 193, 211, 304 Åのマルチ波長極端紫外線観測データを用いた。
• プラズマの温度分布（log Te = 6.0–7.2）を導出するために、微分発光度（DEM）解析を適用した。
• 時間系列画像解析とAIAチャンネル強度からのドップラーシフト推定を用いて、プラズマの流れの速度を追跡した。
• コロナループおよびプロミネンス構造の形態的解析を通じて、磁場線の進化とリコネクション地点のマッピングを行った。
• リコネクションの発生時刻（約09:48 UT）と、噴出するプロミネンスから到来する流入プラズマおよび引き伸ばされた磁場線の到着時刻を照合した。
• AIAチャンネル across とDEMマップを用いた正規化強度プロファイルを用いて、リコネクション地点における局所的加熱とエネルギー放出を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 噴出するプロミネンスによって駆動される強制磁気リコネクションが、大規模な太陽コロナで直接観測可能か？
• RQ2 プロミネンス駆動型強制リコネクションにおけるプラズマの流れの速度と温度の時間的変化は何か？
• RQ3 流入するコロナプラズマと引き伸ばされた磁場線は、リコネクションの発生にどのように寄与するか？
• RQ4 噴出するプロミネンスは、双方向の噴流とジェット状構造を生成する役割を果たすか？
• RQ5 リコネクションプロセスは、周囲のコロナプラズマのエネルギー収支とダイナミクスにどのように影響を与えるか？

主な発見

• 約09:48 UTに、約21 km s⁻¹で移動する高温のプロミネンス断片の噴出が、上層の磁場を不安定化させることで強制磁気リコネクションが誘発された。
• 北および南方向から流入するコロナプラズマ（約7 km s⁻¹）が、電流シートの圧縮と磁場線の再配置を強制し、リコネクションを引き起こした。
• 双方向のプラズマ噴流（東向き：28 km s⁻¹、西向き：37 km s⁻¹）が観測され、上端部はコロナに拡散し、それぞれ約22 km s⁻¹および19 km s⁻¹の追加の上昇流を運搬した。
• マルチ温度プラズマ（log Te = 6.0–7.2）が、再組織化された磁場線に沿って約105 kmにわたり延長され、効率的なエネルギー散逸を示した。
• リコネクションプロセスにより、178–183 km s⁻¹のジェット状噴出が生成され、顕著な運動エネルギー放出を示した。
• ジェット形成後に上層磁場チャネルが消失したため、リコネクション過程で磁場エネルギーが再配置され、消失したことが確認された。