Wave propagation in simulations of sunspots

Abstract

Este trabajo de fin de grado está principalmente centrado en el estudio de ondas en manchas solares a partir de los resultados obtenidos en simulaciones numéricas. En primer lugar se obtuvieron los parámetros típicos para la caracterización de las ondas que se propagan en las manchas solares, como la velocidad del sonido, velocidad Alfvén y plasma-beta, entre otros. Se utilizó el análisis de Fourier para calcular los espectros de potencia a diferentes alturas y los espectros de diferencia de fase y amplificación entre las oscilaciones de velocidad medidas en dos capas. Estas medidas sirven para caracterizar cómo se propagan las ondas dentro de la simulación de la mancha solar. Estos resultados se compararon con los esperados por el marco teórico de propagación de ondas. Se estudiaron de forma analítica tres casos específicos correspondientes a atmósferas adiabáticas con y sin estratificación gravitatoria y a atmósferas estratificadas con pérdidas radiativas. En el último caso, la propagación de ondas entre dos capas se puede caracterizar por medio de tres parámetros: el tiempo de relajación, la diferencia de altura y la altura de escala. Los datos de la simulación se compararon con los resultados teóricos. En la fotosfera, las medidas de la simulación muestran un buen acuerdo con el modelo teórico de propagación de ondas. Por el contrario, los espectros medidos en la cromosfera presentan un comportamiento que no se puede explicar con un modelo de propagación de ondas. En los espectros de amplificación hay zonas donde la amplitud es mínima, cuya frecuencia coincide con la existencia de saltos en el espectro de diferencia de fase. Ambas medidas son consistentes con la existencia de ondas estacionarias. En conclusión, el estudio de las oscilaciones en una simulación numérica de la umbra de una mancha solar muestra que las ondas se propagan desde la fotosfera hasta la baja cromosfera. En capas altas cromosféricas, las oscilaciones presentan indicios de tratarse de ondas estacionarias y apuntan a la presencia de una cavidad resonante producida por la reflexión de las ondas en los gradientes de temperatura de la región de transición. Todos los cálculos de este estudio se han realizado usando 𝑃 𝑦𝑡𝑕𝑜𝑛, en concreto con el módulo 𝑁𝑢𝑚𝑝𝑦 [1]. No se ha necesitado mucho poder de cómputo en general debido al carácter de la simulación.