태양주기 23에서 저·고에너지 SOHO/ERNE 양성자 비교 분석

초록

본 연구는 1996‑2009년 태양주기 23 동안 SOHO/ERNE 고에너지 검출기(HED)에서 측정된 저에너지(≈15 MeV)와 고에너지(≈108 MeV) 양성자 사건을 대상으로, 관측값과 보정값을 이용해 플레어의 소프트 X‑레이 등급(ISXR) 및 CME 선속(VCME)과의 피어슨 상관계수를 계산하였다. 저에너지 양성자는 플레어와 CME 모두와 약 0.5 수준의 양의 상관을 보였으며, 고에너지 양성자는 플레어와는 약 0.26, CME와는 0.36의 약한 상관을 나타냈다. 보정된 데이터는 상관계수를 약간 상승시켰지만 통계적으로 유의미한 차이는 없었다.

상세 분석

본 논문은 SOHO/ERNE 고에너지 검출기(HED)에서 제공하는 10개의 에너지 채널 중 가장 낮은 HED1(13.8‑16.9 MeV, 평균 15.4 MeV)과 가장 높은 HED10(101‑131 MeV, 평균 108 MeV)을 선택해, 각각의 피크 양성자 플럭스를 관측값(Jp)과 Wind/EPACT와의 교차보정을 통해 얻은 보정값(Jp,corr)으로 분석하였다. 보정식은 저에너지 구간에서 Wind/EPACT 플럭스가 8 DPFU 이상일 때 Jp,l,corr = ‑0.32 + 0.89·Jp,l(EPACT), 고에너지 구간에서는 1 DPFU 이상일 때 Jp,h,corr = ‑0.37 + 0.81·Jp,h(EPACT)으로 정의되었으며, 이는 실제 15 MeV와 108 MeV에 정확히 대응되지 않는 25 MeV와 50 MeV 데이터를 이용한 근사이다. 따라서 보정값은 상한선으로만 해석해야 하며, 특히 고에너지 구간에서는 과보정 가능성이 제기된다.

통계적 분석에서는 444개의 저에너지 SEP 사건 중 297개가 플레어와 연관(67 %)되고, 342개가 CME와 연관(77 %)했으며, 고에너지 구간에서는 55개의 사건만이 충분히 검출되었다. 플레어 등급(ISXR)과 CME 선속(VCME)은 각각 로그10 변환 후 선형 회귀와 로그‑로그 회귀 두 방식으로 상관을 평가하였다. 저에너지 사건에서 관측값과 보정값 모두 log10 Jp vs log10 ISXR의 피어슨 r은 0.49‑0.50, log10 Jp vs linear VCME는 0.55‑0.57, log10 Jp vs log10 VCME는 0.52‑0.53으로, Dierckxsens et al. (2015)의 6 MeV 결과(r ≈ 0.38)와 13 MeV 결과(r ≈ 0.52)와 일치한다.

고에너지 사건에서는 관측값 기준 log10 Jp vs log10 ISXR의 r이 0.26 ± 0.12이며, CME 선속과의 log10 Jp vs linear VCME는 0.36 ± 0.11, log10 Jp vs log10 VCME는 0.42 ± 0.10으로 나타났다. 보정값을 적용하면 각각 0.38, 0.50, 0.52로 상승하지만, 불확실성이 9‑12 % 수준이므로 통계적 유의성은 확보되지 않는다. 특히 고에너지 양성자와 플레어 등급 사이의 상관이 Dierckxsens et al. (2015)의 0.59 ± 0.07과 크게 차이 나며, 이 차이는 통계적으로 유의미한 것으로 보고된다.

결과적으로 저에너지 양성자는 플레어와 CME 모두와 중간 정도의 양의 상관을 보이며, 기존 연구와 일관된 경향을 확인한다. 반면 고에너지 양성자는 CME와는 약한 양의 상관을 유지하지만 플레어와는 거의 무관에 가깝다. 이는 고에너지 입자 가속에 CME‑구동 충격파이론이 더 큰 역할을 함을 시사한다. 그러나 표본 수 제한(고에너지 52건)과 보정 과정의 불확실성으로 인해 결론은 조심스럽게 해석해야 한다. 향후 연구에서는 태양주기 24 데이터를 포함해 샘플을 확대하고, 보다 정확한 에너지별 보정 모델을 구축할 필요가 있다.