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「ひので」がとらえた大規模フレアのX線動画の公開

自然科学研究機構 国立天文台
宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所


 2017年9月6日から11日(いずれも日本時間)にかけて計4回、太陽で大規模フレア(爆発現象)が発生しました。9月6日のフレアは太陽面の中央付近で起こりましたが、その後、フレアを起こした活動領域は太陽の自転により西(向かって右)側へ移動し、11日のフレアは太陽の縁で起こりました。9月6日と11日に起こった大規模フレアについて、太陽観測衛星「ひので」はX線観測により、その爆発の瞬間をとらえることに成功しました。その時の動画を公開します。

動画1 大規模フレアを起こした活動領域の9月5日から6日にかけての「ひので」によるX線動画:活動領域に磁場のエネルギーがたまり、9月6日11:53(世界時)に大規模フレアが起こった様子がとらえられている。(©国立天文台/JAXA)
動画2 「ひので」X線望遠鏡がとらえた、9月11日に太陽の西の縁で起こった大規模フレア:この動画では、暗く表示されている部分が、X線で明るく輝いている部分です。(©MSU/国立天文台/JAXA)

 これらの観測データは、フレアのメカニズムを解明するために非常に貴重なデータとなります。
 フレアは、磁場のエネルギーが解放され、熱エネルギーとガスの運動エネルギーに変わる現象です。X線は太陽の上層大気であるコロナから発光します。コロナの高温ガス(プラズマ)は磁力線に沿って動く性質がありますので、X線画像に見られる筋模様は磁力線を表しており、フレアで磁場のエネルギーが解放されるメカニズムについての情報を与えてくれます。

 動画1を見ると9月5日にはこの活動領域でたびたび増光が起こるようになり、中規模クラスのフレアも1回起こっています。フレアが起こると磁場のエネルギーが解放されますが、すぐにまた新しい磁気ループが現れ、磁場のエネルギーが注入されていることが分かります。

 図1は、9月6日11:53(世界時)の大規模フレアが起こる直前の活動領域のX線画像です。逆S字型に明るく輝く部分が見えます。これは、磁力線が大きくねじれ、磁場のエネルギーがたまっていることを表しています。それに対し、フレア後の図2では、磁力線の逆S字型のねじれがゆるみ、アーケード状の磁気ループが見られます。

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図1 9月6日11:53(世界時)の大規模フレアが起こる直前の活動領域の「ひので」がとらえたX線画像(©国立天文台/JAXA)

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図2 大規模フレアが起こった後の活動領域の「ひので」がとらえたX線画像(©国立天文台/JAXA)

 フレアループは非常に明るいので、それまでと同じ露出時間の撮影では、画面の大部分が真っ白になってしまい、フレアのコア部分を探ることが困難になります。「ひので」X線望遠鏡は、撮った画像をその場で解析して最適な露出時間を自動的に選択する機能を備えていますので、フレアの急激な増光に応じて非常に短い露出時間に切り替えて、フレアコアの様子まで撮影することができます。

 一方、9月11日にはフレアが太陽の西縁で起こったため、磁場のエネルギーが解放される様子を真横からとらえることができました。

 フレアにおける磁場のエネルギーの解放は、具体的には、図3に示すように、磁力線のつなぎ替え(磁気リコネクション)を通して起こると考えられています。

reconnection.png

図3 磁気リコネクションの模式図

①太陽黒点は磁場の強い所で、N極性を持つ黒点から上空に磁力線が伸び、S極の黒点に戻ってきます。
②反平行の磁力線が接近すると、
③その間に電流が流れ、「電流シート」ができます。
④「電流シート」に押し付けられた磁力線はやがてつなぎ替わり、くさび形(カスプ構造)をした磁力線と閉じた環状の磁力線ができます。閉じた環状の磁力線に閉じ込められたプラズマのかたまりは、引き伸ばされた磁力線の張力により、宇宙空間に飛んでいきます。

 11日の観測では、③の「電流シート」と④のカスプ構造の磁力線形状を示唆する画像を撮ることができました。

XRT20170910_155414.2_XRTl0__Al_poly_Open_256_2.06_0.129_rev.png

図 4 電流シートの様子が見えます。この画像では、暗く表示されている部分が、X線で明るく輝いている部分です。(©MSU/国立天文台/JAXA)
XRT20170911_013924.4_XRTl0__Al_poly_Open_512_1.03_0.129.png
図5 磁気リコネクション後の、カスプ形状の磁力線の様子がみえます。この画像では、暗く表示されている部分が、X線で明るく輝いている部分です。(©MSU/国立天文台/JAXA)

 このようにフレアの磁気リコネクションの様子を横から鮮明にとらえることができるのは、フレアが太陽の縁で起こった場合に限られますので、観測できる機会はそう多くはありません。

 これらの太陽面中央付近と縁でとらえた貴重な観測データを今後解析することにより、磁気リコネクションによって磁場のエネルギーが解放されるしくみがより詳細に解明されることになるものと期待しています。

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