[论文解读] The Origin of the EUV Late Phase: A Case Study of the C8.8 Flare on 2010 May 5

R. A. Hock, T. N. Woods+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2012

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 3

一句话总结

本研究将2010年5月5日C8.8耀斑的EUV晚期相位识别为2–3 MK辐射的二次增强，其由耀斑爆发后上方更长的日冕环中的磁重联驱动。结合SDO多仪器数据（AIA、EVE）与EBTEL建模，结果表明：这些较高日冕环在主耀斑爆发后经历持续的、低强度的加热——与主耀斑的脉冲式加热不同——从而产生晚期相位的辐射，而不会引起显著的高温日冕谱线增强，解释了EUV光曲线中观测到的时间与空间解耦现象。

ABSTRACT

Since the launch of NASA's Solar Dynamics Observatory on 2010 February 11, the Extreme ultraviolet Variability Experiment (EVE) has observed numerous flares. One interesting feature observed by EVE is that a subset of flares exhibit an additional enhancement of the 2-3 million K emission several hours after the flare's soft X-ray emission. From the Atmospheric Imaging Assembly (AIA) images, we observe that this secondary emission, dubbed the EUV late phase, occurs in the same active region as the flare but not in the same coronal loops. Here, we examine the C8.8 flare that occurred on 2010 May 5 as a case study of EUV late phase flares. In addition to presenting detailed observations from both AIA and EVE, we develop a physical model of this flare and test it using the Enthalpy Based Thermal Evolution of Loops (EBTEL) model.

研究动机与目标

• 探究EUV晚期相位的物理起源——即在主耀斑过后数小时出现的2–3 MK谱线中的二次EUV辐射峰值，且无相应的软X射线或高温日冕谱线增强。
• 通过分析SDO的高时间分辨率AIA与EVE观测数据，解决EUV晚期相位与主耀斑在时空上的解耦问题。
• 利用基于焓的环路热演化（EBTEL）框架开发并验证一个物理模型，以重现观测到的EUV光曲线，并解释晚期相位期间高温谱线无增强的原因。
• 确定晚期相位是否源于与主耀斑不同的磁通量系统中的独立重联过程，特别是涉及更长、更高的日冕环。

提出的方法

• 利用SDO上大气成像望远镜（AIA）获取的高时间分辨率（12秒）全盘EUV图像，追踪日冕环的演化及EUV晚期相位的空间定位。
• 分析极端紫外变异性实验（EVE）在6–105 nm波段、0.1 nm光谱分辨率下的盘面积分EUV辐照度光曲线，识别Fe xvi（33.5 nm）、Fe xv（28.8 nm）和Fe xx/xxiii（13.3 nm）谱线的辐射峰值。
• 应用基于焓的环路热演化（EBTEL）模型，模拟单个日冕环的热演化过程，整合时间依赖的加热剖面与环路参数。
• 通过调整加热速率、环路长度和电子密度，将EBTEL模型拟合至EVE观测数据，针对多个环路丝，目标是重现观测到的Fe xvi与Fe xx/xxiii光曲线。
• 将AIA测得的环路半长（主相位为5–15 Mm，晚期相位为35–50 Mm）作为EBTEL模型中环路几何结构的约束条件。
• 区分两种加热阶段：主耀斑期间的短暂高强度爆发（渐变相），以及EUV晚期相位期间的持续低强度加热，对应不同的环路系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么导致了在软X射线和高温日冕谱线峰值过后数小时出现的2–3 MK EUV辐射的二次增强（即EUV晚期相位）？
• RQ2 为何EUV晚期相位在较暖的日冕谱线（如Fe xvi）中可观测，但在更热的谱线（如Fe xx/xxiii）或GOES软X射线通量中未被观测到？
• RQ3 在EUV晚期相位中辐射的环路是否在空间和时间上与主耀斑相位中的环路相区别？
• RQ4 EBTEL模型能否通过加热速率、环路长度和电子密度等物理参数重现观测到的EUV晚期相位光曲线？
• RQ5 需要何种磁拓扑结构与重联过程，才能在不显著加热最热等离子体的条件下产生晚期相位辐射？

主要发现

• 2010年5月5日C8.8耀斑的EUV晚期相位起源于一组独立的、位于上方的更长日冕环（估算半长为35–50 Mm），这些环在主耀斑后被加热，而非初始脉冲相与渐变相所涉及的同一组环。
• EBTEL模型通过应用两个不同的加热阶段成功重现了观测到的EVE光曲线：主耀斑期间的短暂高强度爆发，以及晚期相位持续约60分钟的低强度加热。
• 晚期相位的单位长度加热强度弱于主相位，导致峰值温度约为500万K，而非1000万K，这解释了为何高温Fe xx/xxiii谱线无增强。
• 模型显示，晚期相位环路中的电子密度与温度均低于Fe xx/xxiii强发射的阈值，与观测结果一致。
• 晚期相位辐射与一个小CME的爆发相关，该CME触发了拓扑上不同的磁通量系统（图3中的蓝色）中的重联，该系统与主耀斑所涉及的内磁通量系统（红色）相区分。
• EUV晚期相位并非新现象，而是由于SDO的AIA与EVE仪器具备高时间分辨率、高时间采样率和宽波段覆盖能力，才得以首次被详细观测到。