[论文解读] Extreme-ultraviolet Late Phase in Homologous Solar Flares from a Complex Active Region

Ying Zhong, Yu Dai+1 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 68被引用 8

一句话总结

本研究利用SDO数据，对活动区NOAA 11283中六次同源耀斑的极端紫外晚期相（ELP）进行研究，发现ELP的起源从首次耀斑中的额外加热转变为后续耀斑中的长期冷却。耀斑带电粒子流与ELP峰值强度之间存在正相关性，支持在F3–F6耀斑中冷却为占主导地位的机制，而磁场演化和磁重联拓扑结构则解释了该转变过程以及在受限耀斑F6中出现的异常强ELP。

ABSTRACT

Recent observations in extreme-ultraviolet (EUV) wavelengths reveal a new late phase in some solar flares, which is seen as a second peak in warm coronal emissions ($\sim3$ MK) several tens of minutes to a few hours after the soft X-ray (SXR) peak. The origin of the EUV late phase (ELP) is explained by either a long-lasting cooling process in the long ELP loops, or a delayed energy ejection into the ELP loops well after the main flare heating. Using the observations with the \emph{Solar Dynamics Observatory} (\emph{SDO}), we investigate the production of the ELP in six homologous flares (F1--F6) originating from a complex active region (AR) NOAA 11283, with an emphasis on the emission characteristics of the flares. It is found that the main production mechanism of the ELP changes from additional heating in flare F1 to long-lasting cooling in flares F3--F6, with both mechanisms playing a role in flare F2. The transition is evidenced by an abrupt decrease of the time lag of the ELP peak, and the long-lasting cooling process in the majority of the flares is validated by a positive correlation between the flare ribbon fluence and the ELP peak intensity. We attribute the change in ELP production mechanism to an enhancement of the envelope magnetic field above the AR, which facilitates a more prompt and energetic heating of the ELP loops. In addition, the last and the only confined flare F6 exhibits an extremely large ELP. The different emission pattern revealed in this flare may reflect a different energy partitioning inside the ELP loops, which is due to a different magnetic reconnection process.

研究动机与目标

• 理解来自复杂活动区的同源耀斑中极端紫外晚期相（ELP）的物理起源。
• 确定ELP是由延迟加热还是耀斑环中长期冷却所驱动。
• 研究演化磁场和磁重联拓扑结构在塑造ELP特征中的作用。
• 考察受限耀斑与爆发耀斑之间能量分配的差异，特别是在ELP阶段。

提出的方法

• 利用SDO/EVE的全盘极紫外辐照度数据和SDO/AIA的高时间分辨率极紫外成像数据，跟踪多个波段的耀光曲线。
• 通过在冲激相期间对AIA 1600 Å强度积分，使用10倍背景波动阈值测量耀斑带电粒子流。
• 计算软X射线峰值与ELP峰值之间的时间延迟，以追踪ELP起始的时序演化。
• 通过ELP峰值强度与耀斑带电粒子流之间的散点图分析，推断ELP主要生成机制。
• 应用幂律拟合以量化相关性强度，区分冷却与额外加热情景。
• 利用HMI磁图和先前的无应力场外推法分析磁场构型演化与磁重联拓扑结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 在来自同一活动区的同源耀斑中，ELP的主导物理机制（额外加热 vs. 长期冷却）是什么？
• RQ2 软X射线峰值与ELP峰值之间的时间延迟在连续耀斑中如何演化，其对ELP形成意味着什么？
• RQ3 上方磁场强度和构型在将ELP机制从加热转变为冷却的过程中起什么作用？
• RQ4 为何受限耀斑F6表现出异常强烈的ELP，而其他耀斑则不然？
• RQ5 在受限耀斑与爆发耀斑中，ELP环的能量分配有何不同，特别是在热能与非热能沉积方面？

主要发现

• ELP生成机制从耀斑F1中的额外加热转变为F3–F6耀斑中的长期冷却，F2耀斑中两者均有贡献。
• 在耀斑F1之后，软X射线峰值与ELP峰值之间的时间延迟急剧减小，表明加热从延迟加热转变为更早、更高效的环加热。
• 远端耀斑带电粒子流与ELP峰值强度之间存在强烈正相关性（r = 0.946），支持在F3–F6耀斑中长期冷却为占主导地位的机制。
• 耀斑F6为唯一受限耀斑，表现出极大的ELP峰值，表明由于准分界面层中的滑移运行磁重联，能量分配方式不同。
• 耀斑F1之后增强的上方磁场可能使ELP环实现更迅速、更剧烈的加热，从而促进后续耀斑中以冷却为主导的ELP。
• 在F3和F6耀斑中，NS取向的磁通绳与最强的ELP峰值相关，表明取向影响其与上方磁力线相互作用的效率。