Fast and periodic propagating disturbances along coronal loops detected with EUI on board Solar Orbiter

太陽の隠された高速道路

太陽を、静止して燃え続けるガスの塊としてではなく、エネルギーが絶えず生成され、輸送され、時には失われている、活気に満ちた混沌とした都市として想像してみてください。この都市の最上部、コロナと呼ばれる層では、その下の表面よりも温度が数百万度も高く、これは数十年にわたり科学者たちを悩ませてきた謎です。なぜこの上層部はこれほどまでに熱いのでしょうか？有力な説の一つは、熱は表面から上昇してくる、目に見えないほど小さな爆発や波から来ているというもので、それはまるで、何百万もの小さなヒーターがオンになったりオフになったりしているようなものです。このパズルを解くために、天文学者たちは、これらの小さなエネルギーの塊が移動する様子を見極める必要があります。長い間、私たちの望遠鏡は古い双眼鏡のようなものでした。大きな建物（巨大なソーラー・ループ）は見ることができましたが、その間を移動する交通量の細かなディテールまでは捉えることができなかったのです。

しかし最近、私たちは新しい超強力なメガネを手に入れました。それは、かつてないほど太陽に接近する宇宙探査機「ソーラー・オブミター（Solar Orbiter）」です。このミッションにより、私たちは「コロナ・ループ」――太陽表面の異なる部分をつなぐ磁気ガスによる巨大なアーチ――をズームアップして観察できるようになりました。これらのループを極めて鮮明に観察することで、科学者たちは「伝播する乱れ（propagating disturbances: PDs）」を捉えようとしています。これらの乱れを、ループに沿って移動する波紋やパルスのようだと思ってください。中には、浜辺に押し寄せる波のようにゆっくりと穏やかな波もあり、私たちはそれらを長年目にしてきました。しかし、大きな疑問は、これまでの道具では小さすぎたり速すぎたりするために見逃されてきた、他のより速く、よりエネルギッシュな波が存在するのではないか、ということです。これらを見つけることが、太陽の上層大気がなぜこれほどまでに熱い状態を維持できるのかを理解する鍵となるかもしれません。

研究の発見：太陽の「高速車線」の交通量を捉える

今回の新しい研究において、天文学者のチームは、ソーラー・オブミターの高解像度カメラであるEUIを使用して、これらのコロナ・ループを非常に詳細に観察しました。彼らはただ眺めただけではありません。時間の経過とともに何が起こるかを観察するために、13種類の異なるループに対して、目に見えない「スリット」（パンの薄いスライスを切り出すようなもの）を設定しました。その結果、同じ道路を移動する、性質の全く異なる2種類の乱れの交通渋滞を発見したのです。

まず、彼らは「低速」の交通を確認しました。これらはすでに知られている乱れです。これらは秒速80〜105 km（太陽の大気における音速に近い速度）で移動し、通常は表面に近いループの下部に現れます。上方へ移動するにつれて、それらは弱まり、消えていきます。まるで、歩いて離れるにつれて声が小さくなる叫び声のようです。論文は、これらが遅い音波や穏やかな上昇流のように振る舞うことを裏付けています。

しかし、本当の興奮は「高速」の交通にあります。チームは、ループの上部を秒速500〜2,200 kmという速度で駆け抜ける、新しいタイプの乱れを発見しました。これを例えるなら、これらの速いパルスは、地球を1分足らずで一周できるほどの速さで移動しているのです！これらの「高速PD」は、ループの下部では目に見えません。おそらく、そこでは背景ノイズが大きすぎるためです。しかし、これらは上部のアーチを明るく照らし出します。低速のパルスとは異なり、これらの高速パルスは移動しても衰えることがなく、長い距離にわたって強度を維持します。また、これらはリズムを持っており、およそ2分間隔のパターンで現れるようです。

著者らは、これら高速パルスの正体が正確にはまだ解明されていないことを慎重に述べていますが、いくつかの可能性については排除しています。これらは、以前見てきた低速の音波ではないと彼らは主張しています。なぜなら、それらはあまりにも遅く、衰えが早すぎるからです。また、これらはカメラの単純な不具合や単純な熱加熱でもないと考えています。なぜなら、タイミングと速度があまりにも特定的だからです。

代わりに、論文はこれら高速パルスの正体について、いくつかの刺激的な可能性を示唆しています。それらは以下のものかもしれません：

• 磁気再結合ジェット（Magnetic Reconnection Jets）：磁力線が切れ、再結合することで、プラズマの高速な流れを放出する、周期的な小さな爆発。
• 高速磁気流体力学（MHD）波：音波が空気中を伝わるのと似ているが、より速く、磁場を通じて伝わる強力な波。
• ひねりを加えたアルヴェン波（Alfvén Waves with a Twist）：通常はガスの密度を変化させない種類の波ですが、この場合は「密度フロント（ガスの集積）」を作り出し、それが明るいパルスのように見える可能性があります。

チームは、アルヴェン波のアイデアをテストするためにコンピュータ・シミュレーションも行いました。その結果、もし波が特定の速度（440〜620 km/sの間）を持っていれば、彼らが観察したのと全く同じ種類の明るく高速に移動するパルスを作り出せるということが示されました。これは、これらの高速パルスが、太陽の表面から熱い上層大気へとエネルギーを輸送するための「決定的な証拠（smoking gun）」である可能性を示唆しています。

興味深いことに、高速パルスはループの両側からではなく、片側（一つのフットポイント）からのみ来ているようです。これは、高速道路に車が入ってくるのが特定のオンランプからのみであるのを見るようなものです。このことは、これらのパルスを生み出す「エンジン」が、太陽表面の非常に特定の場所に位置していることを示唆しており、おそらく太陽表面の規則的な対流（グラニュレーション）や磁気ショックによって駆動されていると考えられます。

この論文は、原因を決定的に特定したと主張しているわけではありませんが、これらの高速で高エネルギーな事象が実在し、一般的であり、かつ私たちが数十年間研究してきた低速の波とは明確に異なるものであるという強い証拠を提供しています。これらの「高速車線」の乱れを捉えることで、この研究は、太陽がどのようにして自らの大気を加熱しているのかという謎に対する新たな窓を開きました。それは、答えが磁気再結合、高速波、そして私たちが今ようやく見ることができる最小スケールでのプラズマの複雑なダンスの混合物の中にあることを示唆しています。