Estudio de flujos horizontales en regiones solares activas basado en técnicas de alta resolución para reconstrucción de imágenes

Résumé

Este trabajo de tesis se enmarca en un concepto mas general denominado "Alta resolución en física solar", El trabajo consiste de dos partes claramente definidas. La primera parte trata sobre el desarrollo instrumental para observaciones solares y la segunda parte está dedicada a la explotación científica de datos solares obtenidos con intrumentación solar puntera. En la primera parte de la tesis se trabaja el tema de la alta resolución y la restauración de imágenes para la obtención de una alta calidad de imagen. Se comienza con una revisión teórica del problema que representa la turbulencia atmosférica y las aberraciones instrumentales en la calidad de las imágenes. Esto plantea la necesidad de implantar técnicas de restauracion post-facto de las imágenes, que sumadas a las correcciones en tiempo real de la Optica Adaptativa, nos den imágenes cada vez mas cercanas a la realidad, es decir al "objeto verdadero", que en nuestro caso es la región del Sol que queremos estudiar. La forma evidente, aunque no por ello la mas sencilla, de evitar el efecto negativo de la turbulencia atmosférica sobre la calidad de nuestras imágenes es el uso de telescopios espaciales. Fuera de la atmósfera terrestre, las observaciones no estarían afectadas por aberraciones atmosféricas. Sin embargo, aun seguirían existiendo aberraciones instrumentales degradando las imágenes, aunque con menos intensidad. El problema principal de una misión espacial es su elevado costo de puesta en órbita, mantenimiento y actualización. Un esfuerzo por tener una observación solar, sin el efecto contraproducente de la atmósfera terrestre, es el desarrollo de la misión SUNRISE, una colaboración entre la Agencia Espacial Alemana, DLR, la Estadounidense NASA y el Programa Nacional Español del Espacio. Este proyecto lanzará un globo aerostático con un telescopio de 1 metro de apertura que tendrá durante 15 días la posibilidad de observar ininterrumpidamente al Sol con alta resolución espacial, temporal y espectral sin precedentes. El objetivo principal de SUNRISE es el estudio de la formación de estructuras magnéticas en la atmósfera solar y su interacción con los flujos convectivos de plasma. Para cumplir este objetivo se cuenta con el instrumento Imaging Magnetograph eXperiment (IMaX), un magnetógrafo desarrollado enteramente por instituciones españolas, lideradas por el Instituto de Astrofísica de Canarias en el cual he realizado el presente trabajo. Este instrumento será capaz de producir mapas del campo magnético de regiones extensas de la superficie solar midiendo la polarización de la luz en determinadas líneas espectrales. Como miembro del equipo de IMaX, he desarrollado un método de calibración en vuelo para caracterizar las aberraciones que afectarán las imágenes en IMaX. La descripción del método de calibración, así como también las pruebas de su robustez, constituyen el núcleo de la primera parte de esta tesis doctoral. En la segunda parte de la tesis nos centramos en el tema del estudio de flujos horizontales en regiones solares activas. Se utilizan datos de observaciones solares desde Tierra y desde el espacio y se aplica el método de reconstrucción de imágenes expuesto en la primera parte para restaurar el material observado. Estudiamos los movimientos propios de estructuras dentro y fuera de regiones solares activas. A través de técnicas de correlación local y los subsiguientes mapas de flujo que generamos, podemos cuantificar los flujos horizontales en las regiones observadas. La primera región activa estudiada corresponde a un complejo grupo de manchas solares de configuración delta. Se infiere el campo de velocidades horizontales sobre de una serie temporal de alta resolución, y a partir de este mapa de flujos se encuentra una correlación entre la presencia de flujos de gran velocidad alrededor de las manchas solares hacia afuera y la existencia de penumbra. La zona afectada por estos flujos se denomina "foso" (en inglés "moat"). Se sugiere una relación entre flujos radiales hacia afuera a lo largo de los filamentos penumbrales (flujo Evershed) y los flujos fotosféricos, también radiales, en la granulación circundante a las manchas solares. Para confirmar este resultado, se estudia una muestra mas amplia de manchas solares con gran variedad de configuraciones penumbrales, y nuevamente se encuentra la misma dependencia foso-penumbra. En las áreas donde las umbras son adjacentes a la granulación circundante, no hay evidencias de presencia de estos flujos a gran escala. Finalmente se estudia el campo de velocidades horizontales alrededor de poros (manchas solares sin penumbra). Se trabaja con imágenes restauradas de alta resolución, que conforman una serie temporal estable y de larga duración, sobre la cual se estudian nuevamente los movimientos propios en todo el campo de observación y sus propiedades alrededor de poros solares. Como resultado relevante, no se encuentra ninguna evidencia de flujo de foso alrededor de los poros.