강하게 자화된 흑점의 횡진동과 에너지원

자연 천문학(2023)이 기사 인용

2220 액세스

66 알트메트릭

측정항목 세부정보

태양 코로나는 밑에 있는 광구보다 2~3배 더 뜨겁고, 코로나 플라즈마의 에너지 손실은 극도로 강해 높은 온도를 유지하려면 1,000Wm−2 이상의 가열 유속이 필요합니다. 1.6m 구드 태양 망원경을 사용하여 우리는 강하게 자화된 흑점의 채층에 있는 본 원섬유에서 편재하고 지속적인 횡파를 감지했다고 보고합니다. 이러한 파동에 의해 전달되는 에너지 플럭스는 7.52×106Wm-2로 추정되었으며, 이는 활성 영역에서 플라즈마의 에너지 손실률보다 3~4배 더 강한 것입니다. 2유체 자기유체역학 시뮬레이션은 고해상도 관측을 재현하고 이러한 파동이 코로나 가열에 필수적인 상당한 에너지를 소산한다는 것을 보여주었습니다. 이러한 횡진동과 그에 따른 강한 에너지 흐름은 태양의 다양한 자화 영역에 존재할 수 있으며 차세대 태양 망원경의 관측 목표가 될 수 있습니다.

태양의 대기는 자기장 내 이온화된 플라즈마로 구성되어 있으며 다양한 시간과 길이 규모에서 에너지 교환이 발생합니다. 자기 재결합으로 알려진 자기장의 재구성은 에너지와 플라즈마의 흐름을 생성할 수 있으므로 이는 플라즈마 가열 및 태양 폭발의 주요 메커니즘으로 간주됩니다1,2,3,4,5,6. 자기장은 태양 대기 내부 깊숙이 고정되어 있으므로 이온화된 플라즈마가 포함되어 있으며 자기유체역학(MHD) 파동(예: Alfvén, 빠르고 느린 자기음향 모드)에 대한 효과적인 도파관 역할을 할 수 있습니다. 이러한 MHD 파동은 플라즈마 가열7,8,9,10,11,12,13에 상당한 양의 에너지를 전달할 가능성이 있습니다.

느린 자기음향파는 흑점과 개방형 코로나 루프에서 어디에서나 감지됩니다. 그러나 플라즈마 가열의 경우 에너지 플럭스는 상대적으로 낮습니다. 빠른 자기음향파는 비교적 강한 에너지 플럭스를 전달하지만 발생률이 너무 낮아 플라즈마 온도를 수백만 켈빈으로 유지하기에는 어렵습니다. Alfvén 파동은 강한 에너지 흐름을 전달하며 에너지를 고효율로 소산할 수 있습니다. 그러나 Alfvén 파는 플라즈마 밀도를 교란하지 않으므로 광학 기기로 직접 관찰할 수 없습니다. 플라즈마 가열을 위한 충분한 에너지 플럭스를 전달할 수 있는 강력하고 지속적이며 어디에나 존재하는 에너지원을 식별하는 것은 코로나 가열에 대한 연구에서 획기적인 사건이 될 것이지만, 그러한 강력한 관찰은 작동 중인 대부분의 태양 망원경의 분해능을 넘어서는 것입니다.

고도로 구조화된 태양 대기에서 그러한 파동 에너지 전달 및 소산이 어떻게 발생하는지는 아직 알려져 있지 않습니다7,8,9,10,11,12,13,18,19. 낮은 태양 대기의 물리적 거동은 파동 전파 및 소산에 대한 우리의 이해에 심각한 영향을 미칩니다12. 그러나 파동 에너지의 상당 부분을 '암흑 에너지'로 숨기는 관측상의 제약이 있을 수 있습니다20,21.

이 연구의 목표는 고해상도 관측을 통해 강하게 자화된 흑점에서 횡방향 운동과 관련 에너지 흐름을 감지하고 최첨단 수치 시뮬레이션을 통해 이 시나리오를 정당화하는 것입니다. 우리는 먼저 흑점의 가로 원섬유 진동에 대한 관찰과 이러한 파동의 에너지 흐름과 이동을 추정하는 데 사용되는 수치 시뮬레이션 및 수학적 분석을 제시합니다. 그런 다음 이러한 횡파의 특성과 코로나 가열에 대한 기여를 논의하고 이 발견의 중요성을 요약합니다.

Big Bear Solar Observatory22,23의 Goode Solar Telescope(GST)에 설치된 가시 이미징 분광계는 흑점 AR12384에 대한 고해상도 관측을 수행했습니다(그림 1 및 보충 비디오 1). 관측은 2015년 7월 14일 17:36:26 ut에 시작하여 18:06:26 ut에 중단되었습니다. 샘플링 간격은 약 19초인 반면 카메라의 픽셀 크기는 0.029 arcsec(~22km)이었습니다. 흑점 영역은 Hα 6,563Å 라인에 맞춰 조정된 Visible Imaging Spectrometer로 스캔되었습니다. 스캐닝은 0.2Å 간격으로 파란색 날개(-1.0Å)에서 빨간색 날개(1.0Å)까지 확장되었습니다. 각 이미지는 Speckle 이미징 기술을 사용하여 재구성되었습니다. 이 방법은 지구 대기의 난류로 인해 발생하는 포인팅 오류를 제거하여 아크초 미만 공간 규모에서 미세 규모 플라즈마 역학을 캡처하는 데 적합한 관측 데이터 세트를 렌더링했습니다(그림 1b,c).