No.244
2001.7

「ようこう」硬Ｘ線望遠鏡でさぐる太陽フレアの磁場構造

坂 尾 太 郎　

　「ようこう」に搭載された硬Ｘ線望遠鏡ＨＸＴは，14 - 93 keV(キロ電子ボルト)の硬Ｘ線域でフレアを４バンド(L, M1, M2, Hバンド；14 - 23 - 33 - 93 keV)で撮像し，フレアにともなう粒子加速のようすや加速のメカニズムを調べることを目的としています。ＨＸＴの大きな特長は，30 keV以上の，いわゆる純粋に「非熱的」な硬Ｘ線画像を初めて得ることができた点にあります。本稿ではこの非熱的な硬Ｘ線像を用いてフレアの磁場構造をさぐるという研究を紹介します。

図１　ＨＸＴで観測した，フレアの硬Ｘ線像の例(等高線)。　　カラーはＳＸＴによる軟Ｘ線像。各図の一辺は79秒角で，太陽面上で約６万kmに相当。

　まず，非熱的な硬Ｘ線で太陽フレアはどのように見えるのでしょうか。図１にＨＸＴが観測した，硬Ｘ線像の例を示します。Ｍ２バンド(33 - 53 keV)では硬Ｘ線源は２つ目玉状に見えており，この２つ目玉は，同じく「ようこう」に搭載された軟Ｘ線望遠鏡ＳＸＴが観測した軟Ｘ線ループの両足元部に対応しています。30 keV以上のエネルギー範囲では，硬Ｘ線像はこのような２つ目玉構造を多く示すことがわかり，このことから一般に，非熱的な硬Ｘ線の大部分はフレアを起こしている磁気ループの両足元部から放射されていることがわかりました(注１)。

　さて，このように非熱的な硬Ｘ線源の性質がわかってくる一方，フレアのエネルギー解放が磁気リコネクションによっていることがＨＸＴとＳＸＴによる観測から発見されました。この，磁気リコネクションによるフレアのエネルギー解放については，ISASニュース2000年６月号の常田先生による研究紹介にわかりやすくまとめられていますので，そちらをご参照ください。フレアがコロナ中の磁場をエネルギー源とする以上，どのような磁場構造によってフレアが引き起こされているかを知ることは，フレアのエネルギー解放や粒子加速を理解する上で決定的に重要です。「ようこう」が明らかにした磁気リコネクションの描像(図２)では，互いに逆向きの磁力線がつぎつぎとリコネクションにあずかることでフレアのエネルギー解放が進行していきます。さて，その場合，(リコネクションで形成された)閉じた磁気ループの両足元部に位置する，２つ目玉の非熱的な硬Ｘ線源は，フレアの進行にともなって上空の電子加速領域がどのように移動していくかを知る上で，優れたトレーサーになると期待されます。例えば，図２では，エネルギー解放域(リコネクション点)が時間とともにコロナのより上方へと移動していきますが，それに対応して，２つ目玉の硬Ｘ線源は互いに離れていくという系統的な動きを示すことが予想されます。

図２　磁気リコネクションによるフレアのエネルギー解放。

図３　２つ目玉Ａ・Ｂ間の距離が広がっていくフレア。

図４　ループの足元の距離の時間変化と硬Ｘ線スペクトルの関係。

　磁気ループの両足元が広がっていくフレアの磁力線の構造は，少なくとも２次元の範囲では図２の描像(「カスプ付きループ型」)と整合しています。では足元が特に広がらないフレアはどのような磁場構造をともなっているのでしょうか。ここでは詳細は省きますが，国立天文台・野辺山太陽電波観測所での電波観測(ISASニュース1999年7月号の西尾先生の記事を参照)や，ハワイ大学天文台でのＨα線観測などから，太陽表面から浮上してきた磁力線が上空のコロナ中の磁力線と衝突する，いわゆる「浮上磁場型」の磁場構造(図５の下側の図)を考えれば，このような足元の振る舞いを説明できるのではないかと考えています。

図５　フレアの磁場構造と超高温プラズマの生成。

(1) (フレアのインパルシヴ相での)ループ頂上付近の超高温プラズマは，「カスプ付きループ型」のフレアに限り生成される。
(2) 加速電子が放射する非熱的な硬Ｘ線のスペクトルは，20 - 30 keVより低エネルギー側で平坦になっており，「浮上磁場型」のフレアではこの非熱的なスペクトル成分のみが見えている。
一方，「カスプ付きループ」型のフレアでは，非熱的なスペクトルに超高温プラズマが放射する熱的な硬Ｘ線の成分が重なり，低エネルギー側でスペクトルが急峻となる。

図６　２つ目玉の硬Ｘ線源の動くようす(約１分間の動き)。カラーはＳＸＴによる軟Ｘ線画像。

　これまでは２つ目玉を示す硬Ｘ線源の距離を扱ってきましたが，個々の線源はどのように動いているのでしょうか。両足元が広がるフレアについてこれを示したのが図６です。図中の等高線はある時刻での２つ目玉の硬Ｘ線源，白丸は0.5 秒ごとの重心位置，矢印はその移動方向を表します。面白いことに２つ目玉は一直線上を遠ざかるのではなく，むしろ互いに反平行に進むように遠ざかり，その軌跡はちょうど，Ｈα観測でよく知られた，フレアの“two ribbon”構造を連想させます。硬Ｘ線源のこのような動きは図２の描像を超えた，フレアの３次元の磁場構造を示唆していますが，紙面の都合でここから先は別の機会に譲りたいと思います。

　「ようこう」は幸いにも打ち上げから10年近くになる今日も順調に稼働しており，2000年前後の今太陽活動極大期に発生した数々のフレアでも興味深い観測結果を得ています。Ｈαを始めとする地上観測や，近々打ち上げ予定のアメリカの硬Ｘ線太陽フレア観測衛星HESSIとも協力して，どのような磁場構造によって，爆発的な粒子加速が引き起こされるのか，また，硬Ｘ線源がそもそも「２つ目玉」に見えるのはなぜか，すなわち，３次元の磁場構造の中で，なぜ特定の場所にだけ加速電子が集中的に降り注ぐのか，その場所を決めているのは何か(注２)，といった問題を解明していきたいと考えています。