Solar magnetic field strength and the “Sun’s Shadow” observed by Tibet Air Shower Array Yoshiaki Nakamura for the Tibet AS γ collaboration P.1 ICRC2017 ¡14 ¡July, ¡2017 ¡@Busan, ¡Korea.
The e Tibet et AS AS γ Col ollabor oration on M. ¡Amenomori, a X. ¡J. ¡Bi, b D. ¡Chen, c T. ¡L. ¡Chen, d W. ¡Y. ¡Chen, b S. ¡W. ¡Cui, e Danzengluobu, d L. ¡K. ¡Ding, b C. ¡F. ¡Feng, f Zhaoyang Feng, b Z. ¡Y. ¡Feng, g Q. ¡B. ¡Gou, b Y. ¡Q. ¡Guo, b H. ¡H. ¡He, b Z. ¡T. ¡He, e K. ¡Hibino, h N. ¡Hotta, i Haibing Hu, d H. ¡B. ¡Hu, b J. ¡Huang, b H. ¡Y. ¡Jia, g L. ¡Jiang, b F. ¡Kajino, j K. ¡Kasahara, k Y. ¡Katayose, l C. ¡Kato, m K. ¡Kawata, n M. ¡Kozai, om Labaciren, d G. ¡M. ¡Le, p A. ¡F. ¡Li, q f ¡b H. ¡J. ¡Li, d W. ¡J. ¡Li, bg C. ¡Liu, b J. ¡S. ¡Liu, b M. ¡Y. ¡Liu, d H. ¡Lu, b X. ¡R. ¡Meng, d T. ¡Miyazaki, m K. ¡Mizutani, kr K. ¡Munakata, m T. ¡Nakajima, m Y. ¡Nakamura, m H. ¡Nanjo, a M. ¡Nishizawa, s T. ¡Niwa, m M. ¡Ohnishi, n I. ¡Ohta, t S. ¡Ozawa, k X. ¡L. ¡Qian, f b X. ¡B. ¡Qu, u T. ¡Saito, v T. ¡Y. ¡Saito, w M. ¡Sakata, j T. ¡K. ¡Sako, xn J. ¡Shao, b f M. ¡Shibata, l A. ¡Shiomi, y T. ¡Shirai, h H. ¡Sugimoto, z M. ¡Takita, n Y. ¡H. ¡Tan, b N. ¡Tateyama, h S. ¡Torii, k H. ¡Tsuchiya, A S. ¡Udo, h H. ¡Wang, b H. ¡R. ¡Wu, b L. ¡Xue, ¡ f Y. ¡Yamamoto, j K. ¡Yamauchi, l Z. ¡Yang, b A. ¡F. ¡Yuan, d T. ¡Yuda, n L. ¡M. ¡Zhai, c H. ¡M. ¡Zhang, b J. ¡L. ¡Zhang, b X. ¡Y. ¡Zhang, f Y. ¡Zhang, b Yi ¡Zhang, b Ying ¡Zhang, b Zhaxisangzhu d and ¡X. ¡X. ¡Zhou g (The ¡Tibet ¡ASg Collaboration) a ¡Department ¡of ¡Physics, ¡Hirosaki ¡University, ¡Japan, ¡ b ¡Key ¡Laboratory ¡of ¡Particle ¡Astrophysics, ¡Institute ¡of ¡High ¡Energy ¡Physics, ¡ Chinese ¡Academy ¡of ¡Sciences, ¡China, ¡ c ¡National ¡Astronomical ¡Observatories, ¡Chinese ¡Academy ¡of ¡Sciences, ¡China, ¡ d ¡Department ¡of ¡ Mathematics ¡and ¡Physics, ¡Tibet ¡University, ¡China, ¡ e ¡Department ¡of ¡Physics, ¡Hebei ¡Normal ¡University, ¡China, ¡ f ¡Department ¡of ¡ Physics, ¡Shandong ¡University, ¡China, ¡ ¡ g ¡Institute ¡of ¡Modern ¡Physics, ¡SouthWest ¡Jiaotong ¡University, ¡China, ¡ h ¡Faculty ¡of ¡Engineering, ¡ Kanagawa ¡University, ¡Japan, ¡ ¡ i ¡Faculty ¡of ¡Education, ¡Utsunomiya ¡University, ¡Japan, ¡ j ¡Department ¡of ¡Physics, ¡Konan ¡University, ¡Japan k ¡Research ¡Institute ¡for ¡Science ¡and ¡Engineering, ¡Waseda ¡University, ¡Japan, ¡ l ¡Faculty ¡of ¡Engineering, ¡Yokohama ¡National ¡University, ¡ Japan, ¡ ¡ m ¡Department ¡of ¡Physics, ¡Shinshu ¡University, ¡Japan ¡ ¡, ¡ n ¡Institute ¡for ¡Cosmic ¡Ray ¡Research, ¡The ¡University ¡of ¡Tokyo, ¡Japan, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ o ¡Institute ¡of ¡Space ¡and ¡Astronautical ¡Science, ¡Japan ¡Aerospace ¡Exploration ¡Agency ¡(ISAS/JAXA), ¡Japan, ¡ ¡ ¡ p ¡National ¡Center ¡for ¡ Space ¡Weather, ¡China ¡Meteorological ¡Administration, ¡China, ¡ q ¡School ¡of ¡Information ¡Science ¡and ¡Engineering, ¡Shandong ¡ Agriculture ¡University, ¡China, ¡ r ¡Saitama ¡University, ¡Japan, ¡ ¡ s ¡National ¡Institute ¡of ¡Informatics, ¡Japan, ¡ t ¡Sakushin ¡Gakuin ¡University, ¡ Japan, ¡ u ¡College ¡of ¡Science, ¡China ¡University ¡of ¡Petroleum, ¡China, ¡ v ¡Tokyo ¡Metropolitan ¡College ¡of ¡Industrial ¡Technology, ¡Japan, w ¡Max-‑Planck-‑Institut ¡für ¡Physik, ¡Deutschland, ¡ x ¡Escuela ¡de ¡Ciencias ¡Físicas ¡y ¡Nanotechnología, ¡Yachay ¡Tech, ¡Ecuador, ¡ ¡ ¡ y ¡College ¡of ¡ Industrial ¡Technology, ¡Nihon ¡University, ¡Japan, ¡ ¡ z ¡Shonan ¡Institute ¡of ¡Technology, ¡Japan, ¡ A ¡Japan ¡Atomic ¡Energy ¡Agency, ¡Japan P.2
The Tibet-III AS Array and Data Selection • Tibet AS γ experiment ・ Location : 90.522°E, 30.102°N, 4,300m a.s.l.@Tibet, China ・ Since 1990 (Tibet-III Since late of 1999) ・ Angular Resolution 0.9°@3TeV ・ Primary Energy ≳ 3TeV Information ¡of ¡7bins ¡ IMF ¡sector ¡polarity • Event selection criteria Away Toward Σρ FT Rigidity[TV] number of ¡events ¡ 1. Between 2000 and 2009 (only summer) 17.8~∽31.6 4.4 2.7x10 6 3.2x10 6 2. Zenith angle < 40 ° 31.6~∽56.2 5.9 8.8x10 5 1.0x10 6 3. Divide AS events into 7 energy bins 56.2~∽100 8.2 2.1x10 5 2.4x10 5 according to the shower size : Σρ FT 100~∽215 13.1 4.2x10 4 5.0x10 4 215~∽464 24.0 6.1x10 3 7.2x10 3 464~∽1000 43.7 7.0x10 2 8.5x10 2 1000 ～ 115 9.2x10 1 1.1x10 2 P.3
Sun’s Shadow and IMF Sector Polarity IMF • The Sun’s shadow is deflected northward (southward) in Away Away Toward (Toward) sector by B y Z[ Toward SUN Southward X XY STUV ST UVNO NO EF Plane ¡of ¡the ¡ecliptic EF F B y shadow B y Away E Y F B y shadow Assignment of the sector polarity XY with B x & B y observed two days later STUV ST UVNO NO EF EF B x < 0 & B y > 0 => Away Northward B x > 0 & B y < 0 => Toward P.4
Observed Sun’s shadow @13TV • The center of Sun’s shadow clearly deviates from the center of the Sun. • North-South(N-S) displacement in Away ( Toward ) sector is Northward ( Southward ). Sun’s shadow Deficit [%] Away 2000 ¡ ~ ~ 2009 Toward 2000 ¡ ¡ ~ ~ 2009 − − − 2000 − South North 1 North ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡South 3 0.5 GSE Latitude (deg) 2 0 0.5 − 1 1 − 1.5 − 0 2 − − 1 2.5 − − − 3 − − − − 2 3.5 − − − 4 − − 2000 − − 2000 3 3 2 1 0 1 2 3 3 2 1 0 1 2 3 − − − − − − West East West East GSE Longitude (deg) GSE Longitude (deg) West East GSE Longitude (deg) ・ Westward displacement is mainly due to the deflection in the geomagnetic P.5 field, as observed in the Moon's shadow.
Motivation of this work • Evaluate quantitatively the average IMF strength between the Sun and Earth by using the Sun’s Shadow Observed by Tibet-III • Solar Magnetic field model for MC simulations IMF (r> R ss ) Coronal magnetic field • • => CSSS model => Simple Parker spiral model (radius of the source surface :R ss =10R ◉ ) => Use the photospheric magnetic field =>Use the solar wind speed observed by the IPS measurement observed at Kitt Peak − this model successfully reproduces the 11-year variation of Sun’s Shadow − − Observed by Tibet-II @10TeV (Amenomori et. al. 2013) − − 1 − Sun’s shadow − b − 2 Deficit (%) − − 3 − − 4 − − PFSS Rss=2.5R − 5 − CSSS Rss=2.5R (Amenomori et. al. 2013) − 6 − CSSS Rss=10R − 1 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 P.6 Moon’s shadow Year − − − − −
Result : North – South Displacement of the Sun’s Shadow • Rigidity Dependence of N-S displacement, fitted by f(R) = α /(R/10[TV]), fitting parameter: α denoting displacement angle at 10TV • MC simulations underestimate α in both sectors! Þ the solar magnetic field model underestimate IMF strength between Sun and Earth? N-S Displacement Away 2000 ¡ ~ ~ 2009 Toward 2000 ¡ ¡ ~ ~ 2009 (a) Away (b) Toward South North 0 1.4 West East GSE Latitude (deg) Observed 1.2 0.2 − − − MC GSE Longitude (deg) Observed Best Fit − − − 1 0.4 − − − MC Best Fit − − − 0.8 = 0.303 0.053 0.6 = -0.407 0.060 α ± − α ± − α − α Obs Obs α − α − α − α ( 0.038 0.036 ) ( 0.034 0.049 ) ± ± ± ± stat sys stat sys 0.6 0.8 − − − α MC = -0.275 ± 0.005 α MC = 0.214 ± 0.007 − − − 0.4 1 − − − − − − 0.2 1.2 − − − − − − 0 1.4 − − − − − − 10 100 10 100 100 Rigidity R (TV) P.7
Comparison b/w the observed & simulated IMF strengths@1AU B y (1AU) ¡ ¡scatterplot 2000-2009 2008 5 ⚫ � Obs 4 ■ Model 3 Observation[nT] 2 By ¡[nT] 1 Omni [nT] 0 1 − 2 − 3 − B @1AU y f(x) = a*x 4 2 2 − / ndf / ndf χ χ 216.5 / 110 216.5 / 110 a = 1.339587 ± 0.027395 a a 1.34 1.34 0.02739 0.02739 ± ± r = 0.921064 5 − − 5 − 3 − 1 1 3 5 model [nT] Carrington ¡Longitude ¡[deg] Model[nT] • The model underestimates IMF strength @1AU ( B IMF ) ! 1.32 ± 0.04 in Away sector • The regression coefficients (B obs / B model ), are 1.36 ± 0.04 in Toward sector • Comparable to the underestimation of α P.8
Recommend
More recommend
