太陽電波II型バーストのスペクトル 微細構造の統計的出現特性

太陽電波II型バースト
太陽電波II型バーストのスペクトル
微細構造の統計的出現特性
柏木 啓良、三澤 浩昭、土屋史紀、小原隆博
（東北大学 惑星プラズマ・大気研究センター）
増田 智
（名古屋大学 宇宙地球環境研究所）
岩井 一正
（情報通信研究機構）
フレアオンセット
Fig.1 左:太陽電波バーストの分類 右:ダイナミック
スペクトルの観測例(credit:NICT) •コロナ衝撃波に伴って発生  ゆっくりとした負の周波数ドリフト
•基底波と高調波の2バンド構造がしばしばみられる
[kHz]
•特性周波数  ～プラズマ放射：
1
既知のスペクトル微細構造：Herringbone構造
2
スペクトル微細構造のNew type？： 先行研究
メイン構造
Herringbone
40(MHz)
backbone
80(MHz)
Fig.3 左:AMATERASで観測されたII型バースト 右:左図の□部分の拡大図 (Sato[2014])
60(s)
先行研究(Sato+[2014])
Fig.2 herringbone構造の典型例 (Miteva & Mann[2007])
•Herringboneの出現率は全II型バースト中の2割程度
•衝撃波で加速された電子ビームの挙動を反映した構造
•個々のドリフトレート：10MHz/s～数10MHz/s
→0.05c～0.5c(定常コロナ密度モデルを仮定)
(Cairns & Robinson[1987]、Mann & Klassen[2005])
3
•
初同定： II型バーストのメイン・ドリフト構造を埋め尽くす成分として同定
•
特徴： 継続時間 ～数100msecの線状スペクトル構造の群発
•
未解決： 解析例はこの1例のみ → II型バーストにおける一般性？
4
本研究の目的
Herringbone構造とスペクトル微細構造
背景：
50(MHz)
•メイン・ドリフト構造内部にスペクトル微細構造を伴うII型バーストの検出
例は、2010年11月12日の現象の1例のみ
•スペクトル微細構造を伴うII型バーストの出現特性や、発生過程・領域
は未解明
80(MHz)
20(s)
Fig.4 (左):herringbone構造(fig.2と同じ) (右):メイン・ドリフト構造内部
に確認されたスペクトル微細構造(fig.3と同じ)
目的：
•類似点： 微細構造の正負の周波数ドリフトの存在
•相違点
1: 周波数ドリフトの始点
2: 出現する周波数ドリフトの周期性
3: 想定される電子ビームの速度（周波数ドリフト率）
1. II型バーストのスペクトル微細構造の普遍性の検証
2. スペクトル微細構造を伴うII型バーストの発生過程・領域の考察
5
観測装置
6
結果： II型バースト出現一覧
IPRT/AMATERAS • 解析対象期間： 2010年10月～2014年9月
・・・高時間, 高周波数分解能を有する太陽
• 検出されたII型バースト： 13例（CME関連イベント： 10例）
電波望遠鏡
表2 II型バースト出現に関連する現象
[Iwai et al., 2012]
表.1 AMATERASの仕様
時間分解能
10(ms)
周波数分解能
61(kHz)
周波数帯
100～500(MHz)
偏波
右旋・左旋
2010/11/12
2011/8/4
2011/9/6
2013/10/28
2013/11/2
2013/11/7
2013/11/8
2014/1/8
2014/4/25
2014/6/9
2014/8/22
2014/9/24
2014/9/28
Fig.5 IPRT/AMATERASの概観
7
発生時刻(UT)
start/end
1:37:32/1:39:27
3:54:10/3:55:30
1:45:34/1:48:44
1:59:59/2:00:49
4:46:26/4:49:56
3:40:43/3:45:13
4:25:10/4:26:50
3:47:43/3:52:53
0:22:29/0:26:29
‐1:53:02/‐1:56:42
0:7:20/0:11:12
‐1:3:12/‐1:9:22
2:44:46/2:49:11
フレアクラス
(発生領域)
C4.6(S25E02)
M9.3(N16W38)
M5.3(N13W07)
X1.0(N04W66)
C8.2(S23W04)
M2.3(S14E28)
x1.1(S14W15)
M3.6(N11W81)
X1.3(S14W89)
C5.2(S13E89)
C6.6(N07E32)
M2.3(S13E33)
M5.1(S13W23)
CME 速度
(km/s)
245
1315
782
695
828
373
643
456
838
311
(after http://hesperia.gsfc.nasa.gov/hessidata/dbase/hessi_flare_list.txt http://cdaw.gsfc.nasa.gov/CME_list/)
8
結果： II型バーストの発生域伝搬速度の特徴
表3 II型バーストのメイン構造のドリフトレー
トと想定される伝搬速度、微細構造の存否
解析項目：
•
•
メイン構造のドリフトレート算出
メイン構造のドリフトレートからNewkirkの密度モデル[
.
•
⁄
メイン構造のド
伝搬速度
リフトレート
(km/s)
(MHz/s)
2010/11/12
0.16
190
日付
.
]を用いての伝搬速度推定
メイン構造内部のスペクトル微細構造の存否の検証
Fig.6 メイン構造のドリフトレート算出
2011/8/4
0.26
2011/9/6
0.32
320
430
2013/10/28
0.48
760
2013/11/2
0.54
570
2013/11/7
0.23
230
2013/11/8
0.54
620
2014/1/8
0.24
260
2014/4/25
0.12
170
2014/6/9
0.092
160
2014/8/22
0.41
400
2014/9/24
0.13
170
2014/9/28
0.5
580
Fig.7 メイン構造内部にみられたスペク
トル微細構造の例(2013年11月8日)
• 13例全てでメイン構造中に微細
構造の存在を確認
II型バーストは、その伝搬速度に
関わらず、スペクトル微細構造を
伴う可能性が高い
9
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結果： Event study(2013年11月7日)
結果： 微細構造の特徴 ドリフトレート
解析手法
対象：2013年11月7日3:40UT頃に発
生したM2.3クラスフレア
•X線強度のピークは、3:40UT頃
•ディスクセンター付近で発生
•CMEを伴ったフレア
1. ある領域(Fig. 上図の破線)を
設け3つの周波数に沿ってラ
イトカーブ作成(Fig. 下図).
2. 3つのライトカーブ全てでピー
クが検出され, かつ１つの構
造として対応が追える組み合
わせを解析対象とする.
3. ピークの時間経過に伴うず
れを微細構造のドリフトとして
ドリフトレートを算出.
Fig.8 (上)ダイナミックスペクトル拡大図
(下)上図の破線の領域のライトカーブ
11
Fig.9 (上) GOES衛星によ
るX線強度のライトカーブ
(下)SDO/AIA193Åで観測
された(左)太陽全球図
(右)拡大図
12
結果： Event study(2013年11月7日)
結果： まとめ
•2010年10月から2014年9月までの期間にAMATERASで観測された13例のII
型バーストは、出現時のフレアの規模や、CME伝搬速度に関わらず、全て
メイン構造内部にスペクトル微細構造を伴っていた。
•2013年11月7日に観測されたII型バーストのメイン構造内部にみられたスペ
クトル微細構造のドリフトレートは、400[MHz/s]から30[MHz/s]と幅をもって
おり、大小、正負様々な値を示していた。（他のII型バーストも同様の傾向を
示していた。）
Fig.11 微細構造のドリフトレート分布図
•ドリフトレート：400(MHz/s)+～30(MHz/s)

Fig.10 上：II型バースト全体図
下：ある5秒間の拡大図
大小、正負、様々な値が混在
～herrigbone構造とは、出現様相、
ドリフトレートが異なる（より変
化が大きい）
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考察：発生域 １．衝撃波側面での発生の可能性
衝撃波側面での放射の可能性あり
•同定されたスペクトル微細構造は、従来より知られているII型バーストの微
細構造であるherrigbone中の微細構造とは、出現様相、微細構造のドリフ
トレートの点で異なる、別種の微細構造である。
これまでのII型バーストの先行研究で、CME前面の衝撃波上流の可能性が高いと
示唆されている。(主な理由は、惑星間空間でのその場観測による。)
 仮定として、衝撃波上流を電波放射源とし、II型バーストが衝撃波ドリフト加速
(SDA) で出現するとして、微細構造を伴うII型バーストの発生領域とプラズマ環
境について可能性を探った。
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考察：発生域 ２．衝撃波前面での発生の可能性
惑星間空間側
(Schmidt & Cairns[2012])
惑星間空間側
太陽側
側面
• 衝撃波側面
• プラズマ密度勾配が定常コロナ
密度モデルよりも急である領域
を太陽方向・反太陽方向に電子
ビームが通過
太陽側
Fig.13 衝撃波面の様子(Ganse et al.[2012])
 （スペクトル微細構造を伴った）
II型バーストの生成が可能？
CMEコア
Fig.12 MHDシュミレーションと波動成長
の数値計算に基づく衝撃波起源の電波
出現の様相(Schmidt & Cairns[2012])
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• 衝撃波前面
• プラズマ密度勾配が急 且つ 密度の濃淡域（衝撃波の波状構
造？）を電子ビームが通過
 （スペクトル微細構造を伴った） II型バーストの生成が可能？
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まとめ
 先行研究を含めて、AMATERASで観測された13例のII型バーストを解析した結
果、出現時のフレアの規模や出現位置、CME速度に関わらず、全てのII型バー
ストはメイン構造内部にスペクトル微細構造を伴っていた。
 スペクトル微細構造は、II型バーストの一般的な構造であることを示唆
 メイン構造内部のスペクトル微細構造のドリフトレートは、400[MHz/s]から
30[MHz/s]と幅を持っており、大小、正負様々な値を示した。
 herringbone構造とは別種の微細構造であることを示唆
（ 微細構造のドリフトレートは出現時のフレアの規模や出現位置、CME速
度とも関連性は低い）
＃ 衝撃波上流を仮定し、SDA説に基づき衝撃波の側面と前面の2領域で発生の
可能性を考察
•
側面の場合：定常コロナ密度分布よりも密度勾配が急であることが必要
•
前面の場合：定常コロナ密度分布よりも密度勾配が急、かつ、密度の濃淡
域（衝撃波の波状構造？）が存在することが必要
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