RT info:eu-repo/semantics/masterThesis
T1 Localización de estructuras magnéticas subgranulares en un modelo numérico de magnetoconvección solar
A1 Muñoz Perez, Daniel
A2 Máster Universitario en Astrofísica
K1 Astrofísica, Física solar
AB Introducción: desde hace ya más de diez años, los avances en la instrumentación astronómica, enparticular en Física Solar, han permitido alcanzar muy alta resolución espacial en las observacionesfotosféricas, llegándose a obtener resolución mejor que 200 km. Ello ha permitido detectar la apariciónde pequeñas estructuras magnéticas bipolares en el interior de gránulos en la superficie del Sol. Sonvarios los trabajos que hablan de este tipo de detecciones que sugieren que lo que se está viendo esla emergencia de un pequeño arco magnético desde el interior solar. Sin embargo, las observacionesno son suficientes para confirmar esta suposición ya que, incluso aplicando técnicas de inversión, sólopermiten obtener valores de variables físicas en el rango limitado de altura en que se forma la líneaespectral observada y bajo suposiciones restrictivas. Es crucial utilizar modelado numérico tridimensionaly localizar este tipo de estructuras en simulaciones magnetohidrodinámicas para conocer detallesestructurales, evolutivos y propiedades sobre las misma desde el interior solar hasta la atmósfera.Tres hitos históricos en la detección observacional de estas estructuras magnéticas han sido lossiguientes: en el trabajo de De Pontieu (2002) se detectan por primera vez concentraciones de flujomagnético a escalas claramente subgranulares. Unos años más tarde, Centeno et al. (2007) detectanmás detalles de estas concentraciones de campo magnético, encontrando una zona de campo horizontalen cuyos extremos se encuentran dos polos de campo magnético vertical de signo opuesto. Finalmente,en el trabajo de Martínez-González & Bellot (2009), se detectan de nuevo este tipo de estructuraspero un número suficientemente alto de veces como para poder realizar un estudio estadístico; estosautores también usaron líneas espectrales con formación a diferentes alturas y concluyeron que unafracción pequeña de las estructuras magnéticas ascendían desde la fotosfera hasta la cromosfera.Desde el punto de vista teórico solo ha habido un trabajo, realizado por Moreno-Insertis et al.(2017), en que, mediante modelado numérico 3D, se intenta entender la física de la formación, estructuray evolución de dichas concentraciones magnéticas de tamaño subgranular. Los autores detectandos tipos diferentes de estas estructuras en un modelo radiativo-MHD realizado con el código Bifrosty para una situación de Sol en calma en que está teniendo lugar emergencia global de flujo magnético:estructuras de tubo magnético ascendente y estructuras de tipo capa. En el mismo trabajo, tambiénse detectan capas magnéticas en otro modelo numérico 3D, de acceso público, también realizado con elcódigo Bifrost, al que nos referiremos aquí con las siglas BPS. Nuestro objetivo en este TFM es completareste trabajo localizando estructuras magnéticas tubulares que emergen en el interior de gránulos endicha simulación pública de Bifrost (BPS). Con esta detección probaremos que las micro-estructurasmagnéticas tubulares también aparecen en modelos MHD con condiciones solares diferentes a las delmodelo de Moreno-Insertis et al. (2017).La simulación BPS fue puesta a disposición de la comunidad científica a través del Hinode DataCenter. Abarca desde las capas altas de la zona de convección hasta la corona solar, más concretamentedesde 2.4 Mm por debajo de la superficie hasta 14.4 Mm por encima de ésta. La extensión horizontaldel dominio es de 24×24 Mm2. Estos datos contienen valores de temperatura, presión, densidad másica,densidad de partículas y las tres componentes del campo magnético y la velocidad. Los datos contituyenuna secuencia temporal desde 3850s hasta 5410 s, aproximadamente media hora de tiempo solar, concadencia de 10 segundos solares.Métodos: en primer lugar se ha realizado una caracterización de los datos de la simulación através de las magnitudes velocidad y campo magnético. Se han representado mapas de color de uz yBz a diferentes alturas con el fin de localizar en la BPS comportamientos y características similaresa lo que conocemos del Sol observacional y/o teóricamente. También se ha llevado a cabo un análisisestadístico de estas magnitudes en las diferentes profundidades de la caja que corresponden a la zonade convección.Tras esto se ha procedido a la búsqueda del tipo de estructuras magnéticas mencionadas. Estabúsqueda se ha dividido en dos partes. Primero, se ha intentado localizar la emergencia de arcosmagnéticos mediante una inspección a nivel superficial de mapas horizontales de velocidad verticaldonde se han superpuesto isocontornos de intensidad de campo magnético. Esto se ha hecho con vistasa localizar fenómenos de aparición de estructuras bipolares. Para confirmar una detección se ha seguidola siguiente pauta: primeramente se ha exigido que apareciese una zona concentrada espacialmentede campo magnético horizontal en el interior del gránulo; después se requería que ese área aumentase5de intensidad y tamaño, apareciendo posteriormente dos polos de campo magnético vertical de signomutuamente opuesto en los extremos de la zona cubierta por campo horizontal. Finalmente, hemosexigido que toda la estructura sea arrastrada hacia el intergránulo y que desaparezca allí.Sin embargo, la visualización de isocontornos no es una evidencia definitiva de la localizaciónde arcos magnéticos ya que sólo vemos una sección horizontal y esto no es suficiente para conocerla forma de nuestra estructura magnética. Por esta razón, para la segunda parte del método dedetección necesitamos visualización en 3D de los datos. Hemos usado el software VAPOR (UCAR)y, en particular, sus herramientas de cálculo de isosuperficies de diferentes variables físicas, de líneasde campo magnético, y de mapas de color sobre planos con orientación 3D arbitraria. Para visualizarlas estructuras en tres dimensiones hemos calculado isosuperficies de intensidad de campo magnéticopara valores entre 100 y 200 G añadiendo mapas de velocidad vertical sobre planos horizontales.Se ha elegido un instante temporal en que la estructura haya evolucionado lo suficiente y se hanpodido descartar algunas de las candidatas de la visualización 2D por tener una forma irregular opor pertenecer a estructuras magnéticas intergranulares mayores. Para las estructuras que sí eranclaramente tubos magnéticos, hemos visualizado toda su secuencia temporal para ver dónde se formany cómo evolucionan. Para analizar las estructuras más a fondo hemos realizado dos pruebas más: una hasido la representación de líneas de campo en el interior de tubo magnético para ver el comportamientoen el interior del objeto. Y una última que ha sido la representación de un mapa de intensidad decampo magnético en un plano trasversal a la estructura con el fin de conocer más información sobreel grado de concentración de la misma.Resultados: en la parte de caracterización de los datos hemos observado cómo la BPS reproducecaracterísticas generales de la magnetoconvección que concuerdan con lo que conocemos observacionaly/o teóricamente. En cuanto a la detección de estructuras magnéticas emergentes con forma dearco, hemos podido seleccionar hasta 26 estructuras mediante el método de detección 2D. Estas han sido tratadas como candidatas al tipo de estructura buscada a espera de la confirmación definitiva através de la visualización 3D. Tras llevarla a cabo, confirmamos que 11 de las estructuras observadasse corresponden con el tipo de objeto buscado. En dichas estructuras se han observado una serie decaracterísticas comunes. Primero, dado el proceso de selección escogido, siguen las pautas evolutivasya descritas: emergencia en el interior del gr´anulo, arrastre hacia la región intergranular por los movimientosdel plasma y desaparición de la estructura en el intergránulo; todo esto en un tiempo de vidapróximo a los 5 minutos. También una serie de características estructurales: forma tubular plegada enforma de arco, identidad de tubo de flujo magnético en el sentido clásico electromagnético, independenciadel resto de estructuras magnéticas del entorno y concentración notable con intensidades hasta2 órdenes de magnitud por encima del entorno.En este trabajo se ilustran en detalle dos de dichas estructuras de tubo emergente. Una de ellases un caso ejemplar que sigue los diferentes pasos evolutivos claramente. El otro es un caso especialdonde la emergencia del arco magnético se ve sorprendida por la formación de un intergránulo bajoella; esto pliega la estructura magnética y produce la emergencia de un doble arco.Los resultados obtenidos en este Trabajo Fin de Máster han sido usados como parte de una Letterpublicada muy recientemente en Astrophysical Journal Letters (Moreno-Insertis et al., 2018).
YR 2018
FD 2018
LK http://riull.ull.es/xmlui/handle/915/10510
UL http://riull.ull.es/xmlui/handle/915/10510
LA es
DS Repositorio institucional de la Universidad de La Laguna
RD 26-dic-2024