[論文レビュー] The white-light continuum in the impulsive phase of a solar flare

H. S. Hudson, L. Fletcher+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2010

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、太陽耀斑の急激期における白色光連続分光が、光沢的で過度にイオン化された層から生じるものであり、その層は光球上に位置し、非熱的電子によって駆動されていると提唱する。赤外線、可視光、紫外線波長域における観測—TRACEおよびボロメトリックデータによる支援—により、この成分が耀斑の放射エネルギーを支配しており、強いバルマー・ジャンプ特徴が非平衡イオン化および高温を示しており、従来の光沢的モデルに反する。

ABSTRACT

We discuss the IR/visible/VUV continuum emission of the impulsive phase of a solar flare, using TRACE UV and EUV images to characterize the spectral energy distribution. This continuum has been poorly observed but dominates the radiant energy energetically. Recent bolometric observations of solar flares furthermore point to the impulsive phase as the source of a major fraction of the radiant energy. This component appears to exhibit a Balmer jump and thus must originate in an optically thin region above the quiet photosphere, with an elevated temperature and strong ionization.

研究の動機と目的

• 太陽耀斑の急激期における白色光連続分光の起源に関する長年の曖昧さを解消すること。
• スペクトルエネルギー分布および多波長観測に基づき、観測された連続分光が光沢的か光沢的でないかを特定すること。
• 紫外線、可視光、EUVデータを用いて、放射層の物理的状態（温度、電子密度、イオン化状態）を特定すること。
• 硬いX線放射と白色光連続分光との関係を調査し、共通の非熱的電子源を示唆すること。
• X線および電波放射と比較することで、連続分光成分のエネルギー的優位性を評価すること。

提案手法

• TRACE（1600 Åおよび171 Å）からの多波長観測を用いて、耀斑連続分光のスペクトルエネルギー分布を特徴づけた。
• Woodsら（2004年）のボロメトリックデータと、耀斑固有の観測（Kaufmannら、2004年；Xuら、2004年）を組み合わせ、全放射エネルギー出力を評価した。
• 光沢的および光沢的でない状態の両方を想定した放射移動のスラブモデルを適用し、Kirchhoffの法則および光学定数の計算を用いて、源関数 Sν = Bν(T) を使用した。
• 電波周波数帯でのコンactな光沢的源を検証するため、波長1 cmにおける光学的厚さ τν = 1 を評価した。
• 放射度（EM = ∫n²e dV）および温度（T ≈ 1.4 × 10⁴ K）を用いて、放射層の物理的パラメータを制約した。
• 観測スペクトルと理論モデルを比較し、3646 Åにおけるバルマー・ジャンプの存在を用いて、イオン化状態および光学的厚さを推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽耀斑の急激期における白色光連続分光の物理的起源は何か？
• RQ2 連続分光は光沢的か光沢的か。このことは、その温度および源の高さの解釈にどのように影響するか？
• RQ3 なぜ一部の耀斑ではバルマー・ジャンプが観測され、他の耀斑では観測されないのか。これはイオン化状態に何を示唆するか？
• RQ4 連続分光のエネルギー分布は、X線帯および電波帯と比べてどう異なるか？
• RQ5 非熱的電子は、観測された過度のイオン化および連続分光の明るさを生じる上で果たす役割は何か？

主な発見

• 急激期における白色光連続分光は、光球またはコロナ層のスラブからではなく、光球上に位置する光沢的で過度にイオン化された層からの放射によって支配されている。
• 3646 Åにおけるバルマー・ジャンプの存在は、非平衡イオン化および高温で過度にイオン化されたプラズマを示しており、標準的な局所熱平衡（LTE）モデルとは矛盾する。
• 放射エネルギーの大部分は長波長域（赤外線、可視光、近紫外線）で放出されており、EUVおよびX線寄与は相対的に小さい。
• 可視光/紫外線連続分光に必要な放射度（3 × 10⁵⁴ cm⁻³）は、ソフトX線または電波後発源のそれよりも3〜4桁も大きい。
• 推定された源サイズ（水平スケール √A ≈ 1.7 × 10⁹ cm）および光学的厚さの計算から、電波周波数帯でのコンパクトで光沢的な源が得られ、Kaufmannら（2004年）が観測したTHz放射と整合的である。
• 硬いX線と白色光連続分光との強い相関は、非熱的電子がエネルギー輸送およびイオン化に主たる役割を果たしていることを支持する。