Evolution and dynamic properties of photospheric plasma in solar active regions

Abstract

Abstract. This work has been done for the initiation of the author into the field of solar physics. The work is divided in two main blocks. The first part gives an overview of topics in solar physics taking a journey from the center of the Sun starting in the solar interior through different layers up to the solar atmosphere. The second part presents the computational tools used in this work as well as the development of several libraries created by the author for the international community of solar physics research. These routines were included into the packages for solar physics analysis (SunPy). Moreover, a sketch of the Local Correlation Tracking (LCT) technique is also outlined. A GUI application developed for preliminary analysis for the LCT algorithm is presented in the second part.The last two chapters of this block are focused on the study of horizontal and vertical flows in solar active regions. For this purpose, we used two datasets obtained and calibrated from the HMI (Heliographics Magnetogram Imager) - an instrument on board of the SDO (Solar Dynamics Observatory) spacecraft - that are continuum intensity maps and magnetograms in the line of sight (LOS). The following chapter describes the necessary pre-treatment procedure in order to obtain co-aligned datasets. For a proper temporal study, the so-called p-modes were removed applying a filtering routine. A local correlation tracking technique has been applied to obtain the horizontal and vertical flows of the selected regions. We compare the behavior of plasma flows measured in the continuum with the motion of magnetic structures. We found a strong relationship between the emergence of mesogranular cells, fast rising regions of plasma and the emergence of positive magnetic fields. In the last chapter, an observational analysis of active regions has been performed. The criterion used to select these sunspots is based on their umbrae lacking fully developed penumbra around them (partial penumbrae). The results indicate that in regions where there is no penumbra there is no radial outward flows, so-called moat flows, detectable around the sunspot.

Este trabajo se ha realizado para la iniciación en la investigación del autor en el área de la física solar. El trabajo está dividido en dos partes. La primera parte da una visión global de los temas relacionados con la física solar dando un viaje a través del Sol, desde el interior pasando por todas sus capas hasta la atmósfera solar. La segunda parte hace una presentación de las herramientas computacionales que se usan en el presente trabajo. Se han desarrollado librerías por parte del autor para el grupo de desarrolladores internacionales del paquete de Python para física solar, SunPy. En esta parte también se muestra un bosquejo de la técnica de seguimiento de correlación local o LCT por sus siglas en inglés. Por último, en esta introducción se presenta la aplicación de interfaz gráfica desarrollada para análisis preliminares de la aplicación del algoritmo de LCT. Los últimos dos capítulos están centrados en el estudio de los flujos horizontales y verticales en regiones activas solares. Se utilizan observaciones ya calibradas del instrumento HMI (Heliographics Magnetogram Imager) a bordo del telescopio espacial SDO (Solar Dynamics Observatory), tales como mapas de intensidad en el continuo y magnetogramas en la línea de visión o LOS por sus siglas en inglés. Se hace una descripción del pre-tratamiento necesario para obtener datos co-alineados y un filtrado para remover ciertas vibraciones naturales del Sol llamadas modos-p, necesario para el estudio temporal. Sobre estos cubos de datos se hace el tratamiento de correlación local, obteniendo los flujos horizontales y verticales de las regiones observadas. Tras haber encontrado ciertas estructuras y comportamientos peculiares, se hace un análisis similar usando los magnetogramas en la línea de visión; se compara el comportamiento tanto del plasma en las imágenes de continuo como las estructuras magnéticas en los magnetogramas. Teniendo los flujos horizontales de ambas observaciones podemos cuantificar y analizar los resultados obtenidos infiriendo una fuerte relación entre la emergencia de celdas mesogranulares, rápidas regiones de plasma ascendente y la emergencia de campo magnético positivo. En el ´ultimo capítulo se muestra un análisis de regiones activas seleccionadas basado en el criterio que sus penumbras no rodean totalmente la umbra, mostrando que en regiones donde no existe la penumbra no se encuentran flujos radiales salientes conocidos como flujos de moat.