M1中間発表
長島薫
2005/10/17
1. これまでの研究のまとめ：
「太陽フレアのリコネクションレート
の統計解析」
2. 今後の研究
1
1 太陽フレアのリコネクションレート
の統計解析
•
•
•
•
introduction
解析方法とその結果
議論
まとめ
2
<introduction>
magnetic reconnection
磁気張力で
加速
電流シート
磁場のエネルギー
⇒ プラズマのエネルギー
inflow
リコネクション前
リコネクション後
outflow
3
<introduction>
reconnection rate MA
定義：
vin
MA
, vA
vA
B
4
vin
• フレアのエネルギー解放効率を表す量
代表的なリコネクションモデルでの理論値
（太陽コロナの場合）：
Sweet-Parker model M A ~ 107
Petschek model
2
M A 10
4
<introduction>
リコネクションレートの研究の現状
• Dere 1996による統計的研究がある。
（磁気リコネクションに関連する現象の空間・時間スケールの研究）
• その他（８論文,1996-2005）は、特定のイベント
についての ケーススタディーが主である。
• これらのリコネクションレート MAの典型値は
0.001-0.1
5
過去の研究例(1/2)
MA
Dere 1996
Tsuneta 1996
Tsuneta et al.
1997
Ohyama &
Shibata 1997
Ohyama &
Shibata 1998
0.001-0.1
events
flare,CME,EFR etc.
統計的研究
0.07
LDE flare
(21-Feb-1992)
0.04-0.06
impulsive flare
(13-Jan-1992)
0.003-0.013
impulsive flare
(decay:1桁小) (11-Nov-1993)
0.02
impulsive flare
6
(5-Oct-1992)
過去の研究例(2/2)
Yokoyama et al.
2001
Isobe et al.2002
MA
0.001-0.03
0.001-0.01
events
flare [inflow]
(18-Mar-1999)
LDE flare(decay phase)
(12-May-1997) etc.
Lin et al. 2005
0.01-0.23
Isobe et al. 2005
0.015-0.07
flare,CME [inflow]
(18-Nov-2003)
3 flares(X2.3,M3.7,C8.9)
reconnection rate MAの典型値は
0.001-0.1
7
<introduction>
本研究で目指すこと
• フレアの物理量を統計的に調べる。
• 知りたいのは…
フレアの物理量の間の関係
リコネクションレートの値 MA
MAの、フレアの物理量への依存性はどうか？
• このことにより、理論的には解明されていない
「リコネクションレートを決める物理は何か？」
についての観測的な提案ができないか？
8
Contents
•
•
•
•
introduction
解析方法とその結果
議論
まとめ
9
<解析方法>
解析対象と使用データ
• 解析対象
2000年のGOES C6 class以上のフレア
• 使用したデータ
GOES
軟X線フラックス フレアの寿命τ
２波長強度比
Yohkoh/SXT 軟X線部分像 フレアサイズ L
SOHO/MDI magnetogram 光球磁場 Bph
10
<解析方法>
event selection
2000年に起きたフレアのうち以下に該当する
eventを解析した。
1. GOES class C6.0 以上
2. フレアの時刻に、Yohkoh/SXTのBeフィルター
の画像があるもの
3. disk center から800秒角以内のもの
C6 以上のフレアは482例。
そのうち７７例 が解析対象に該当。
11
<解析方法>
観測データからのリコネクションレートの導出１
• フレアの時間スケールτflareから
inflow速度を見積もる
MA =
τflare :
inflow速度
コロナのAlfven 速度
GOESの光度曲線の
立ち上がりからピークまでとして定義.
vinflow ～
L
４τflare
12
フレアのサイズ L と時間スケールτ
× X class
△ M class
vinflow=100km/s
vinflow=30km/s
vinflow=10km/s
vinflow=3km/s
□ C6-C9
13
<解析方法>
観測データからのリコネクションレートの導出２
• Alfven 速度を見積もる。
vA
MA =
inflow速度
コロナのAlfven 速度
Bcor
4
コロナ磁場。
コロナ密度。測定は難しい
のでここでは仮定する。
（ρ~ 10^{-15} g/cc）
直接観測は困難。
二通りの方法で
導出を試みた。
14
<解析方法>
コロナ磁場導出方法１ （method1）
• MDI の視線方向磁場についての
magnetogramを用いる。
– ここから得られる磁場は「光球」の磁場 Bph
である。（これは「視線方向成分」である。）
– そのため、コロナと光球の磁場の値の比を仮定
し、光球磁場をコロナ磁場に変換する。
仮定： B
Bcor
0.3( const.)
Bph
15
フレアの磁場強度Bphと時間スケールτ
× X class
△ M class
□ C6-C9
vA～103 104 km/s
16
<解析方法>
コロナ磁場導出方法２ （method2）
• コロナとフレアループとの間の圧力バランスから導
出する。
– GOESの0.5-4Å、1-8Åの全面fluxを用いて、温度・
EM解析を行い、フレアループのガス圧 ploopを求める。
– フレアループのガス圧と、コロナの磁気圧がつりあっ
2
ているものと仮定する。
Beq
p loop
8
– ここからコロナの磁場を求める。
– 以下ではこの方法で求めた磁場を Beq とする。
17
フレアの磁場強度Beqと時間スケールτ
× X class
△ M class
□ C6-C9
Beqのτに対する依
3
4
v
～
10
10
km/s
A
存性は低い。
18
リコネクションレート
観測量τflare、L、Bcorから求めた
vinflow, vA を用いて、
リコネクションレートMAを求める。
MA
=
inflow速度
コロナのAlfven 速度
19
フレアのリコネクションレート(method1)
3
2
M A～10 10
仮定：
B
Bcor
0.3
Bph
20
フレアのリコネクションレート(method2)
3
2
M A～10 10
21
<議論>
1. コロナ磁場強度
– αB（コロナ磁場と光球磁場の比）の妥当性
2. scaling lawとの比較
3. 過去のケーススタディの例と今回の解析の
比較
4. リコネクションモデルとリコネクションレート
22
<discussion 1>
αBの値について
× X class
Beq Bph
Beq 0.3Bph
△ M class
□ C6-C9
Beq ~ Bcor
と考えてみると…
Beq 0.1Bph
0.1 B 1
23
<discussion 1>
αBの値について
Potential
field との比較
MAGPACK2（Sakurai 1982）を用いた計算で
具体的に調べる。
• 例）2000 November 24 15:13 X2.3 flare
magnetogramから
– 光球の磁束密度：４８１G
得られる光球磁場
– 光球のline-of-sight 成分：２４４G
– フレアループの高度での磁束密度：１００G
⇒αB ～100/244 ～0.4
コロナ磁場
24
<discussion 1> αBの値について
MAGPACK2(Sakurai 1982)を用いた
potential field計算結果との比較
例： 2000 November 24 15:13 X2.3 flare
光球磁場～481G
フレアループの高さでの
磁束密度～100G
光球の視線方
向成分の大きさ
～244G
αB ～100/244 ～0.4
本研究ではαB=0.3とした。
25
<discussion ２>
scaling law による予測値と観測値（温度）の比較
• 熱伝導と彩層蒸発を考慮したMHDシミュ
レーションにより、フレアのループ長L、磁場B
と温度Tの間のscaling relationを導出。
（Yokoyama & Shibata 1998, Shibata & Yokoyama 1999）
Tpeak
B
10
50G
7
6/7
no
9 3
10 cm
1 / 7
L
9
10 cm
2/7
K
• その理論からの予測温度と観測データから
導出した値を比較。
26
<discussion ２>
scaling law による予測値と観測値（温度）の比較
観測値
理論予測値は
観測値と矛盾
しない。
理論予測値
27
<discussion ３>
過去のケーススタディの例と今回の解析の比較
例：2000 July 14 13:52 M3.7 flare
パラメーター 本研究
Isobe et al. 2005
コロナ磁場
Method1:Bph*0.3=32G Bcor=44G
Method2: Beq =62G
光球磁場
Bph=117G
Bph=106G(±11G)
9 cm
フレアサイズ 2.8 109 cm
2.3 10
inflow
15 km/s
32 km/s
Alfven
Method1: 2.2 103km/s 2.1 103km/s
velocity
Method2: 4.3 103km/s
MA
Method1:0.0068
0.015
28
Method2:0.0035
<discussion ３>
過去のケーススタディの例と今回の解析の比較
例：2000 July 14 13:52 M3.7 flare
パラメーター
本研究
Isobe et al. 2005
energy release
Method1: 1.9 1027
rate
Method2: 7.3 1027
[erg/s]
averaged release
28
rate [erg/s]
1.3 10
(Ethermal/τ)
thermal energy
Ethermal[erg]
6.2 10
30
6.4 10
27
2.8 10
27
1.3 10
30
(maximum)
29
<discussion ４>
リコネクションモデルとリコネクションレート
method 1 の結果について。
× X class
△ M class
Petschek
model
□ C6-C9
(fitting)
M A Rm
仮定：
B
Bcor
0.3
Bph
0.8
η：Spitzer抵抗
T 107 K
磁気
Reynolds数
Rm
vA L
30
<discussion ４>
リコネクションモデルとリコネクションレート
• MAの値自体はPetschek modelの予測する理
論値から１桁以内に入る。
• しかし観測から得たMAは、Petschek modelより
強い磁気Reynolds数依存性を示している。
(-0.8乗
c.f. Sweet-Parker model : -0.5乗)
ここでの磁気Reynolds数RmはSpitzer抵抗を仮定し
ている。MAの値がPetschek model並みに大きく、
かつ、このようなRm依存性を示すことは、乱流磁気
拡散の効果でηがSpitzer抵抗仮定下より大きい、と
いう可能性もある。
31
1
「太陽フレアのリコネクションレートの統計解析」
のまとめ
• 2000年一年間のフレアの物理量の統計解析
を行った。
• フレアの物理量のうち、時間と空間スケール
にはある程度の相関が見られるが、時間と磁
場にはあまり相関が見られない。
• リコネクションレートは
3
2
M A～10 10 程度と得られた。
32
２ 今後の研究
• SVST （LaPalma） のデータ解析で光球速度場
とマイクロフレアの関係を探る予定。
昨年冬の三鷹太陽多波長データ解析研究会の続き。
main reference: Shimizu et al. 2002 ApJ
“Photospheric magnetic activities responsible for
soft X-ray pointlike microflares. I. Identifications of
associated photospheric/chromospheric activities”
33
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