Diffraction-limited spectropolarimetry of quiet sun magnetic fields

Resumen

Esta tesis presenta en primer lugar la deducción analítica y estudio detallado de las llamadas funciones de respuesta (FR) de las líneas espectrales que se forman en la fotosfera solar con la aproximación Milne-Eddington (ME) a la ecuación de transporte radiativo (ETR), éstas nos permiten estudiar los cambios que ocurren en las líneas espectrales cuando perturbamos algunos de los parámetros del modelo ME. También nos permiten seleccionar, de forma efectiva, tanto el número de longitudes de onda como sus respectivas posiciones para ser observadas con magnetógrafos vectoriales. A partir de las FR encontramos una estimación de los límites de detectabilidad de los distintos parámetros de la atmósfera modelo. A continuación, desarrollamos un código de inversión de la ETR en su aproximación ME. El código permite analizar los perfiles de Stokes que emergen de la fotosfera solar, obteniendose así las propiedades magnéticas y dinámicas del plasma fotosférico. Los parámetros físicos de las atmósferas que dan lugar a los perfiles reales varían con la altura, por lo que que los perfiles observados contienen información sobre la estructura vertical de la atmósfera. La aproximación ME se caracteriza por tratar los diferentes parámetros del modelo como constantes a lo largo de la fotosfera solar. Por esta razón, presentamos un estudio detallado de las capacidades y limitaciones del código ME para el análisis de perfiles reales. Para ello disponemos de simulaciones magnetohidrodinámicas de la fotosfera solar que nos proporcionan los modelos de atmósfera necesarios para generar los perfiles. éstos son después utilizados para realizar un análisis en profundidad de los errores asociados a la aproximación ME en el análisis. También hacemos uso de las simulaciones magnetohidrodinámicas para simular datos observacionales del espectropolarímetro del satélite Hinode. Realizamos un análisis detallado de los efectos que tienen sobre los perfiles simulados, la difracción del telescopio, el pixelado de la CCD y el ruido fotónico. También analizamos en detalle si somos capaces de obtener los parámetros atmosféricos del modelo mediante inversiones ME. Encontramos que el código ME produce resultados satisfactorios siempre y cuando tengamos en cuenta una contaminación por luz difusa local. ésta nos permite corregir los efectos de la difracción del telescopio sobre los perfiles de polarización. También analizamos observaciones de primera luz del satélite japonés Hinode. En particular, presentamos los resultados de la inversión ME de perfiles de Stokes pertenecientes a una región del Sol en calma tomados con el espectropolarímetro de Hinode. La región observada contiene dos líneas de hierro neutro a 630.15 y 630.25 nm. A partir de estas inversiones determinamos las funciones de densidad de probabilidad de la intensidad y de la inclinación del campo magnético, así como la del factor de luz difusa. éstas indican que el Sol en calma está mayormente poblado por campos magnéticos del orden de cientos de gauss y preferentemente horizontales. Este análisis nos ha permitido contribuir a resolver el magnetismo del Sol en calma. En el análisis hemos hecho especial hincapié en la unicidad de los modelos proporcionados por la inversión. También mostramos y describimos una nueva forma de emergencia de flujo magnético a través de celdas convectivas en el Sol en calma. Para ello disponemos de series temporales de datos espectropolarimétricos tomadas por el satélite japonés Hinode. Haciendo uso de las propiedades intrínsecas de los parámetros de Stokes estudiamos la evolución temporal de estructuras de campo magnético. En el análisis preliminar de los datos encontramos señales magnéticas unipolares que emergen en los gránulos. No hallamos indicios de señales de polarización lineal, lo que sugiere que las líneas de campo emergentes tienen orientación vertical. Finalmente discutimos posibles mecanismos físicos que podrían dar lugar a este tipo de fenómeno. Para terminar, hemos simulado datos observacionales del instrumento IMaX (siglas inglesas de Imaging Magnetograph eXperiment) que volará a bordo del globo estratosférico Sunrise. Uno de los objetivos es analizar la idoneidad de las líneas candidatas a ser observadas por IMaX para obtener el campo magnético y la velocidad a partir de sus perfiles de Stokes. También analizamos el efecto que produce la difracción del telescopio y el pixelado de la CCD. Prestamos especial interés en como afecta el interferómetro Fabry Pérot de IMaX a los perfiles de Stokes. IMaX tomará un máximo de cinco muestras de longitudes de onda a lo largo de una línea espectral fotosférica, por lo que uno de los objetivos es analizar la precisión con la que somos capaces de determinar el campo magnético y la velocidad a partir de inversiones ME de perfiles muestreados en cinco puntos a lo largo de la línea.