Temporal evolution of MHD waves in solar coronal arcades

Abstract

[eng] In this thesis we will study vertical oscillations in a potential arcade under the approximation of a zero-beta plasma, when different density profiles are considered. On one hand we will focus on the time-dependent problem to analyze the other side of the magnetohydrodynamic oscillations coin which traditionally is given by the normal mode analysis. We are going to study the propagation, energy transformation and damping of the impulsively generated waves as well as its relevant spatial and temporal scales in order to complete the picture. In order to study the wave damping, we examine two physical mechanisms that may be involved in the fast attenuation of the observed vertical coronal loop oscillations, namely wave leakage through wave tunneling and resonant absorption. In this wok whenever is possible, the time-dependent results are going to be compared with known normal mode properties to gain knowledge of how both sides are related as well as to test them. On the other hand, we also will investigate the use of a new technique of obtaining the system normal modes when the standard normal mode analysis is difficult to be carried out. We will apply it to a straight coronal loop model and we will obtain them with the desired degree of accuracy thanks to several criteria based on the convergence of the method.

[spa] En esta tesis estudiaremos las oscilaciones verticales de una arcada potencial en la aproximación beta=0 de un plasma, cuando diferentes perfiles de densidad son considerados. Por un lado nos vamos a centrar en la evolución temporal de este problema para así analizar la otra cara de la moneda de las oscilaciones magnetohidrodinámicas, la cual tradicionalmente se ha estudiado mediante el análisis de modos normales. Vamos a estudiar la propagación, la conversión energética y la atenuación de ondas generadas mediante un impulso inicial, así como las escalas espaciales y temporales generadas, para de esta manera obtener una imagen lo más completa posible. Para el estudio de la atenuación, vamos a examinar dos mecanismos físicos que podrían estar involucrados en la rápida atenuación de la oscilaciones verticales observadas en bucles coronales, que son la emisión de energía mediante 'wave tunneling' y absorción resonante. En este trabajo, siempre que sea posible, se van a comparar los resultados de las simulaciones temporales con las propiedades conocidas que han de poseer los modos normales. Esto nos va a servir como un método de comprobación de nuestros resultados además de ayudarnos a entender como ambas visiones están relacionadas entre si. Por otro lado lado vamos a investigar el uso de una nueva t\'ecnica para obtener los modos normales de un sistema cuando el m\'etodo est\'andard es dif\'icil de llevar a cabo. Este m\'etodo lo vamos aplicar a un modelo de bucle coronal recto y vamos a obtener los modos normales del sistema con el grado de precisión que deseemos mediante el uso de un criterio de convergencia.

[cat] En aquesta tesi estudiarem les oscil•lacions verticals d'una arcada potencial en l'aproximació beta=0 d'un plasma quan diferents perfils de densitat són considerats. Per un costat ens centrarem en l'evolució temporal d'aquest problema per tal d'analitzar l'altra cara de la moneda de les oscil•lacions magnetohidrodinàmiques, la qual tradicionalment s'ha estudiat mitjançant l'anàlisi de modes normals. Estudiarem la propagació, la conversió energètica i l'atenuació de les ones generades mitjançant un pols inicial, així com les escales espacials i temporals generades, per tal de ser capaços d'obtenir una imatge el més completa possible. Per a l'estudi de l'atenuació, examinarem dos mecanismes físics que podrien estar involucrats en la ràpida atenuació de les oscil•lacions verticals observades en els bucles coronals, que són l'emissió d'energia mitjançant 'Wave tunneling' i l'absorció ressonant. En aquest treball, sempre que sigui possible, compararem els resultats de les nostres simulacions temporals amb les propietats conegudes que han de tenir els modes normals. Això ens servirà com a mètode de comprovació dels nostres resultats així com per entendre com les dues visions estan relacionades entre si. Per altre costat investigarem l'ús d'una nova tècnica per obtenir els modes normals d'un sistema quan el mètode estàndard és difícil de dur a terme. Aquest mètode l'aplicarem a un model de bucle coronal recte i obtindrem els modes normals del sistema amb el grau de precisió que desitgem mitjançant un criteri de convergència.