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"Inversión NLTE de líneas espectrales y perfiles de Stockes"
TESIS 1999

N. 2-99

HÉCTOR SOCAS NAVARRO presentó su tesis doctoral titulada «Inversión NLTE de líneas espectrales y perfiles de Stockes», el pasado 30 de septiembre, en el Aula Magna de la Facultad de Física de la Universidad de La Laguna, obteniendo la calificación de Sobresaliente «cum laude». Esta tesis ha sido dirigida por los investigadores del IAC Javier Trujillo Bueno, Colaborador del CSIC y Basilio Ruiz Cobo, de la Universidad de La Laguna.

En esta tesis presentamos un método para la inversión de los perfiles de Stokes de líneas espectrales para las que la aproximación de Equilibrio Termodinámico Local (ETL) no es adecuada. Este método es aplicado a observaciones espectropolarimétricas que realizamos con vistas al estudio de la dinámica y el magnetismo de la cromosfera sobre la umbra de las manchas solares. Bajo las suposiciones de atmósfera unidimensional (1D) plano-paralela, redistribución completa y poblaciones calculadas despreciando efectos de polarización atómica, el código de inversión obtiene la estratificación de la temperatura, densidad, velocidad, microturbulencia y vector campo magnético que dé un mejor ajuste a los perfiles observados.

La parte de síntesis del código hace uso de la técnica del "preconditioning"’ combinada con un operador Lambda local aproximado para calcular las poblaciones atómicas en la atmósfera. La razón de elegir este método es que, como demostramos en este trabajo por medio de derivaciones analíticas y cálculos numéricos, ésta es la estrategia más adecuada en términos de estabilidad, robustez y requerimientos computacionales.

El algoritmo de inversión está basado en el método de Levenberg-Marquardt y la técnica de "descomposición en valores singulares’’, y es similar al introducido por Ruiz Cobo y del Toro Iniesta (1992) para tratar el problema de la inversión suponiendo ETL. Este algoritmo requiere el cálculo de las funciones respuesta (FRs), que miden la reacción a primer orden de los perfiles emergentes a pequeñas perturbaciones en las condiciones atmosféricas. El cálculo de FRs sin suponer ETL (NETL) es, sin embargo, un problema mucho más complejo y requiere gran cantidad de tiempo de CPU. Para superar esta dificultad introducimos la aproximación de "coeficientes de alejamiento fijos" en las FRs. Esta aproximación reduce enormemente el coste computacional del procedimiento de inversión.

El código ha sido probado extensivamente con observaciones simuladas donde perfiles sintéticos, emergentes de modelos de atmósfera bien conocidos, son presentados al código para su inversión. De esta forma estudiamos la fiabilidad de las inversiones y las posibles limitaciones del código.

Esta nueva herramienta de diagnóstico es aplicada a observaciones reales. Para tal fin, observamos series temporales de perfiles de Stokes I y V emergentes de la umbra de una mancha solar. Las líneas espectrales observadas son las líneas cromosféricas del CaII en 8498 y 8542 Å, y la línea fotosférica del FeI en 8497 Å. El análisis de estos datos revela un comportamiento fascinante, hasta ahora desconocido, de los perfiles de Stokes V en las líneas cromosféricas. Estos adoptan periódicamente una forma "anómala", fuertemente asimétrica, volviendo más tarde a su estado "normal" antisimétrico. Tras explorar varios posibles escenarios, concluimos que los perfiles anómalos están causados por la aparición de una componente atmosférica no resuelta que denotamos por "activa", frente a la componente "tranquila" que produce los perfiles normales. Nuestro estudio también revela que los destellos umbrales (a los que nos referiremos como UFs por su designación en inglés, "umbral flashes") que se ven en algunas manchas (la mancha que analizamos en esta serie no presenta UFs) aparecen cuando la componente activa tiene un factor de llenado mayor. Este resultado sugiere que el mecanismo físico que produce los UFs en algunas manchas podría estar, en realidad, funcionando en todas ellas. Sólo serían detectables en Stokes I (como emisiones en el centro de las líneas) cuando el factor de llenado fuese lo suficientemente grande. En otro caso sólo serían detectables como perfiles de Stokes V anómalos, como los observados e interpretados en el marco de esta tesis.

La aplicación del código de inversión a la serie temporal descrita en el párrafo anterior nos permite inferir un modelo de atmósfera dependiente del tiempo tanto para la componente tranquila como para la activa. Basándonos en este modelo, que ajusta nuestras observaciones a lo largo de todo un ciclo de oscilación, proponemos una nueva visión del origen de la oscilación umbral cromosférica (que está siendo debatido desde los años setenta). En este marco, eyecciones periódicas de masa provenientes de la fotosfera aumentarían la opacidad cromosférica. Con este escenario tan simple se explican todas las propiedades observacionales de la oscilación umbral cromosférica (desplazamientos en los mínimos de las líneas, cambios en la intensidad del centro de las líneas, aparición de perfiles de V anómalos, UFs, etc). El modelo que proponemos no necesita cambios dramáticos en la termodinámica cromosférica, contrariamente a lo que se había venido suponiendo hasta ahora.

El análisis del balance de masa en nuestro modelo revela que, aunque existen flujos netos de masa, que están dirigidos hacia abajo durante la fase tranquila de la oscilación y hacia arriba en la fase activa, al integrar sobre todo el ciclo de oscilación se obtiene que la masa total se conserva con muy buena aproximación. Dado que esta condición no fue impuesta en ningún momento durante su derivación, este argumento respalda considerablemente nuestro modelo.

HÉCTOR SOCAS NAVARRO
Nació en Icod (Tenerife), el 8 de octubre de 1972.
Estudió AstrofÍsica en la Universidad de La Laguna entre 1990 y 1995.
Fue Astrofísico Residente en el IAC desde 1995 y actualmente ocupa una plaza de "científico asociado" en el High Altitude Observatory, del National Center for Atmospheric Research, en Boulder, Colorado (EEUU).

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N. 2-99

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