Transcript 太陽フレアの観測と数値シミュレーションによる磁気リコネクションの研究

太陽フレアの基礎
磯部洋明
京都大学宇宙ユニット
太陽フレアとは
• 多波長にわたる急激な増光
• 時間スケール：数分〜数時間
• 頻度分布はエネルギーのベキ
乗
– フレア：1029-31 erg
– マイクロフレア、ナノフレア、、
• 黒点の近くで発生、エネル
ギー源は磁場。
太陽フレアの磁気リコネクションモデル
フィラメント噴出
（コロナ質量放出）
軟X線
紫外線
磁気リコネクション
（粒子加速？）
硬X線、γ線電
波
Hα（2本のリボン）
太陽フレアの観測：Hα（彩層）
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Asai et al. 2003
•磁気中性線をはさんで2本のリボンが広がる
•フィラメント（プロミネンス）の噴出を伴う
太陽フレアの観測：軟X線
•ようこう軟X線望
遠鏡
•2-20MKのコロナ
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エミッションメカニズム：熱的制動放射
Ixray ∝ f(T)n2V n2Vはエミッションメジャと呼ぶ
太陽フレアの観測：紫外線
2000/07/14
TRACE 195A
•金属イオンのスペクトル線が支配的（FeXII195等）
•低温ガス(〜104K)が吸収、高温ガス(〜106K)が輝線で見える。
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フィラメントが噴出、その下でフレア
太陽フレアの観測：硬X線、γ線
硬X線(<1MeV)...主に高
エネルギー電子
ガンマ線(>MeV)...主に
高エネルギー陽子
高エネルギー粒子からの非熱的放射。粒子加速。
電波
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Nobeyama Radio Heliograph 17GHz
Yokoyama et al. 2001
非熱的電子(〜数100keV)のジャイロシンクロトロン放射
可視連続光
ひので可視光望遠鏡
•
歴史上初めて発見（が報告さ
れた）フレアも可視連続光
(Carrington 1859)
•
光球が光っているのか？コロ
ナからエネルギーを光球へ輸
送するのは困難（密度109倍）
•
可能性１：彩層中に密度の濃
い（連続光で光学的厚さ1）の
層ができている
•
•
可能性２：まず彩層を加熱
（by非熱的粒子or熱伝導）、そ
の後photonのirradianceでエネル
ギーを下層に輸送
地上分光観測が重要な課題
•
恒星フレアへの応用
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コロナ質量放出
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SOHO/LASCO 人口日食＋白色光（自由電子のトムソン散乱）
磁気リコネクションの理論
磁気リコネクションとは
• 磁力線のつなぎかわりによるトポロジーの変化、それ
に伴う磁場エネルギーの熱・運動エネルギーへの変換
• Lorentz力で電流シートからプラズマを押し出し、電流
シートを薄くすることで散逸効率をあげる＝＞非線形
過程
リコネクションレート
＝単位時間につなぎ変わる
磁束
＝Vin/VA (無次元量）
エネルギー解放率に比例
磁気リコネクションの理論モデル
1. Sweet-Parker
Sweet-Parker (Parker 1957, Sweet 1958)
•定常・一様抵抗
•リコネクションレート
∝電流シートの厚さw/L
∝Rm-1/2 (Rm：磁気レイノルズ数）
1/ 2
7
t  t A Rm  10 t A  3 yr フレアのタイムスケールを説
明するには遅すぎる
磁気リコネクションの理論モデル
2. Petschek
•Sweet-Parkerは電流シートが薄く、アウトフローによるガスのはきだし
が非効率的なので遅い。
•抵抗を局在化させ、アウトフローの出口を広げることでリコネクショ
ンを速くする
•MHD slow shockを介したプラズマの加速、加熱
t  t A /(8 log Rm )  102  103 s
フレアのタイムスケールは説明できる
Petschekリコネクションの問題点
• MHD方程式の近似解。安定に存在するか？
• 抵抗の局在化＝異常抵抗モデル。
– 粒子と波動の相互作用？
– microinstability
• ミクロな不安定のスケールは〜100cm、フレ
アのスケールは109cm。巨大なスケール
ギャップ
速いリコネクションの条件は？
• 速い＝磁気レイノルズ数に依存しない
• Driven or Spontaneous? 大議論
• MHDシミュレーションによる研究から分かっ
たこと
– 一様な抵抗ではPetschek型（slow shockを伴う）は
起きない (Biskamp)
– 抵抗が局在化すればPetschek型が起きる。ただし
非定常？ (Yokoyama & Shibata, Ugai)
• 異常抵抗の起源は？
磁気リコネクションの理論モデル：
最近の動向(MHDのみ）
• MHD方程式の厳密解（2次元、定常、
一様的こう）(Craig, Henton)、パラメー
タによっては不安定(Hirose)
• 3次元リコネクション
• 非定常、プラズモイド (Tanuma, Ugai)
• 乱流、フラクタル(Tajima & Shibata,
Lazarian)
リコネクションの速さは？
• リコネクションの証拠は主としてmorphology
• リコネクションレートの観測的測定＝＞リコ
ネクションモデルの定量的な検証、リコネク
ション理論モデルに対する制限
• コロナの磁場、インフローの観測は難しい
• 光球、彩層の観測（磁場、リボン）＝＞コロ
ナのリコネクションの進行をマッピングした
ものを観測できる。
Hα two ribbonsの（みかけの）運動とコロナの
磁気リコネクション
•Hαtwo ribbons：磁気中性線をはさんで時間と共に広がる
•外側の磁力線が次々とリコネクションしているため
•コロナ磁場、インフロー速度の直接測定は困難
•足元の広がる速度と光球面の観測からリコネクションレート
を測ることができる
リコネクションレートの導出方法
(Isobe et al. 2002)
• 磁束の保存
＝E (電場)
•エネルギー解放率＝ポインティ
ングフラックス;
Lz
Bfoot: 光球磁場
Vfoot: 足下の広がる速度
H:エネルギー解放率(erg/s), Ly, Lz:サイズ
Vin:リコネクション流入流速度 Bc: コロナ磁場.
Ly