Transverse oscillations of coronal magnetic flux tube ensembles

Abstract

[spa] La corona solar es la parte m´as externa de la atm´osfera solar. En las zonas activas se encuentran una gran cantidad de bucles coronales que son arcos magn´eticos llenos de plasma m´as caliente y denso que la corona circundante, y que conectan regiones de polaridad opuesta en la superficie solar. Se han observado oscilaciones transversales tras una fulguraci´on solar gracias a los telescopios espaciales TRACE, HINODE y STEREO. Estas oscilaciones transversales han sido interpretadas en t´erminos del modo fundamental “kink” de un tubo magn´etico recto. La combinaci´on de las observaciones con modelos te´oricos da lugar a la sismolog´ıa coronal magnetohidrodin´amica, y da informaci´on sobre distintas magnitudes f´ısicas de la corona. La mayor parte de estudios previos s´olo han considerado las oscilaciones individuales de los bucles. Sin embargo, tras una fulguraci´on se suelen excitar varios blucles y su din´amica podr´ıa estar afectada por la interacci´on mutua. Por otra parte los bucles coronales podr´ıan tener estructura interna y estar formados por hebras finas que los telescopios actuales no pueden resolver. Estas hebras podr´ıan estar acopladas y afectar al movimiento global del bucle. Por estos motivos se hace necesario el estudio de oscilaciones de estructuras compuestas de bucles o hebras con el fin de averiguar como la colectividad afecta a la din´amica de las oscilaciones. El objetivo de esta tesis es proveer modelos te´oricos para los prop´ositos de la sismolog´ıa coronal. En primer lugar se ha estudiado un sistema de dos bucles id´enticos con el modelo de “slabs”. Anal´ıticamente se han estudiado los dos modos de oscilaci´on que pueden estar relacionados con las oscilaciones transversales mencionadas anteriormente. Hemos hallado dos modos normales de oscilaci´on con unas frecuencias y autofunciones que dependen de la separaci´on entre bucles. El hecho que estos modos normales dependan de la separaci´on entre bucles y que aparezcan dos modos normales en vez de uno del sistema individual indica un acoplamiento de los desplazamientos transversales. Los movimientos de los bucles asociados a uno de estos dos modos son en fase, mientras que para el otro modo son en antifase. Num´ericamente se ha resuelto el problema de valores iniciales, resolviendo las ecuaciones linealizadas de la magnetohidrodin´amica y se ha encontrado que

tras una perturbaci´on inicial el sistema r´apidamente oscila con un combinaci´on de estos dos modos normales. Esta combinaci´on hace que la din´amica del sistema sea compleja. Por ejemplo, bajo ciertas condiciones los bucles pueden intercambiar su energ´ıa por completo peri´odicamente en forma de batidos. Tras este estudio se ha considerado un modelo m´as realista de bucle basado en tubos cil´ındricos. El sistema de dos bucles id´enticos cil´ındricos tiene cuatro modos normales colectivos de oscilaci´on que, como en el caso del modelo de “slabs”, dependen de la separaci´on entre bucles indicando la naturaleza colectiva de estos modos. Tambi´en se ha resuelto el problema de valores iniciales y se ha hallado que dependiendo de la perturtabaci´on inicial se excitan distintas combinaciones de modos normales colectivos. Esta superposici´on de modos normales tambi´en hace que la evoluci´on temporal del sistema de bucles sea compleja. Por ejemplo, la direcci´on de oscilaci´on de los bucles cambia con el tiempo debido a la interacci´on entre ambos. A continuaci´on se ha aplicado el formalismo de la “T-matrix” en el estudio de oscilaciones transversales. Esta potente herramienta nos ha permitido encontrar anal´ıticamente los modos normales colectivos de conjuntos arbitrarios de tubos magn´eticos. Uno de los resultados m´as interesantes que hemos encontrado es que los movimientos transversales de distintos tubos magn´eticos con diferentes propiedades est´an fuertemente acoplados si sus frecuencias individuales de oscilaci´on son parecidas, y sin embargo est´an desacoplados si son suficientemente distintas. Este resultado tiene implicaciones observacionales puesto que puede dar correcciones a las estimaciones de campo magn´etico de los tubos magn´eticos ya que hasta ahora s´olo se ha empleado el modelo de bucle aislado o individual. Con esta misma herramienta han sido hallados los modos normales de oscilaci´on de un bucle formado por hebras. Las hebras est´an fuertemente acopladas y, en consecuencia, pueden tener lugar movimientos complejos de ´estas. Hay una gran cantidad de modos normales de oscilaci´on que depende del n´umero de hebras considerado y cuyas frecuencias se encuentran en una banda ancha. Esto indica que la interacci´on entre las hebras afecta a la oscilaci´on global del bucle. Un resultado interesante es que no se ha encontrado un modo global “kink” en el que todas las hebras se muevan en la misma direcci´on y en fase, como suceder´ıa en el modelo de bucle individual.