在经典的日冕磁震学理论架构中,冕环的横截面往往被理想化为圆形。然而无论是理论推测还是近期的光谱学观测都表明,日冕磁环横截面并非一定是完美的圆形。
我们通过求解三维时变磁流体力学方程组,系统探讨了具有椭圆形截面的活动区冕环对横向初始扰动的响应,以探究小振幅扭曲振荡的特性及其冕震学应用。结果表明,与已有的本征模分析相符,此时冕环的横向振荡具有长轴偏振(M态)与短轴偏振(m态)两种独立的偏振态,且M态偏振的周期长于m态偏振;无论处于何种偏振态,横向振荡都可通过共振吸收而转化为局地阿尔芬波。这表明共振吸收这一集体模的理想衰减机制的鲁棒性(见图1)。通过考察冕环横向位移随时间演化的衰减曲线发现,与具有圆形截面的冕环类似,在以往的本征模分析所预期的指数型衰减阶段之前还存在一高斯型衰减阶段。我们系统考察了横向振荡的周期及不同阶段的衰减时标对偏振态、环截面扁度以及磁环内外密度比的依赖(见图2),由此可得到诊断这些参数(特别是截面扁度)的新的冕震学反演框架。进一步地,由于不同偏振态的周期具有可分辨的差异,观测上的具有不同周期的振荡信号或可理解为不同偏振态的叠加。
图1: 左图:M态偏振中vx在(a)x=0面(b)环顶处截面的分布,以及vx沿y方向分布的时间演化。右图:m态偏振中vy在(a)y=0面(b)环顶截面的分布,以及vy沿x方向分布的时间演化。图中可见环内的集体振荡共振转化为环边界附近的阿尔芬波,并进一步产生小尺度结构。这表明共振吸收与相混合机制的鲁棒性,即在具有椭圆形截面的环中仍然起作用。
图2: 环内震荡周期(上图)及衰减时间(中:高斯型衰减阶段的衰减时间;下:指数型衰减阶段的衰减时间)对偏振态(以不同的符号区分)、环内外密度比(不同颜色)以及环截面扁度的依赖。
该工作由山东大学(威海)联合比利时鲁汶大学研究人员共同完成,已发表于ApJ (Mingzhe Guo, Bo Li, Tom Van Doorsselaere, Kink oscillations in solar coronal loops with elliptical cross sections. I. The linear regime, https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc1df )。作者感谢国家自然科学基金委、国家留学基金委(CSC)及欧洲研究理事会(ERC) 的支持。