Ministerio de Economía y Competitividad Gobierno de Canarias Universidad de La Laguna CSIC Centro de Excelencia Severo Ochoa

Proyectos de investigación astrofísica

El Sol y el Sistema Solar

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Simulación Numérica de Procesos Astrofísicos (P/300313)

M LUNA BENNASAR

J. Trujillo Bueno, H. Socas Navarro, A. Asensio Ramos, E. Khomenko, I. Arregui Uribe-Echevarria, T. Felipe García, N. Vitas, M. Luna Bennasar, Á. de Vicente Garrido, D. E. Nóbrega Siverio, P. A. González Morales, B. Popescu Brailenau

K. Galsgaard (Niels Bohr Institute/Univ Copenhague, Dinamarca), J. Martínez Sykora (Lockheed Martin Solar and Astrophysical Laboratory, EEUU), V. Hansteen (Univ. Oslo, Noruega); E. Priest (Univ St Andrews, Reino Unido), N. Shchukina (Obs. Kiev, Ucrania); J. Stepan (Astronomical Institute ASCR, Ondrejov, Czech Republic), Maria Madjarska (Max Planck Institute for Solar System Research, Gottingen, Alemania), L. Belluzzi (Obs Locarno, Suiza), T. del Pino (HAO, Colorado), V. Olshevsky (Katholic Univ. Leuven, Bélgica); P. Cally, S. Shelyag (Monash Univ. Melbourne, Australia); M. Stangalini (Univ. Tor Vergata, Roma, Italia), I. Calvo Santamaria (Katholieke Univ. Leuven, Bélgica), J. Klimchuk, T. Kucera, K. Muglach, H. Gilbert, J. Karpen (NASA Goddard Space Flight Center, USA), B. Schmieder (LESIA, Paris, France), Dr. Ramesh Chandra (Kumaun University, Nainita, India).

Introducción

La simulación numérica mediante códigos complejos de ordenador es una herramienta fundamental en la investigación física y en la técnica desde hace décadas. El crecimiento vertiginoso de las capacidades informáticas junto con el avance notable de la matemática numérica ha hecho accesible a los centros de investigación de tamaño medio esta rama de la investigación, a caballo entre la física teórica y la física experimental. La astrofísica no es excepción a lo anterior, habiéndose desarrollado desde finales de los 70 una especialidad de la misma, la astrofísica computacional, que ha permitido llegar a comprender gran variedad de fenómenos inaccesibles a la investigación teórica pura y dar cuenta de observaciones hasta entonces inexplicadas. Su mayor campo de aplicación en las décadas pasadas han sido los fenómenos (magneto) hidrodinámicos y de dinámica de gases en multiplicidad de entornos cósmicos, por ejemplo los interiores y atmósferas estelares y planetarios y el medio interestelar, incluyendo magnetoconvección y dínamo, discos de acreción, evolución de nebulosas planetarias, explosiones y restos de supernova, etc. La incorporación a las simulaciones numéricas de las ecuaciones del transporte radiativo, ocurrida ya en décadas pasadas, ha permitido dotar de mayor realismo a los estudios de procesos hidrodinámicos en fotosferas y cromosferas estelares.

El presente Proyecto quiere apoyar el desarrollo en el IAC de la investigación astrofísica basada en el uso de grandes códigos numéricos que requieren el uso de ordenadores masivamente paralelos y su enlace con los resultados de observación. Objetivo general de este Proyecto es la realización de cálculos de física de fluidos cósmicos y de transporte radiativo. La temática de dichos cálculos se centrará en

- fenómenos de dinámica de gases magnetizados en interiores y atmósferas estelares

- transporte de radiación y señales de polarización en líneas espectrales en base a modelos atómicos y moleculares realistas y los efectos Hanle y Zeeman

- comparación de resultados teórico/numéricos con datos de observación

Este Proyecto es especialmente relevante a la vista de la involucración, cada vez mayor, del IAC en las redes de supercomputación nacionales y europeas y, en general, en grandes iniciativas de instalación de superordenadores.

Hitos

Se ha obtenido el primer modelo numérico tridimensional de 'puntos brillantes coronales', que son, como los arcos brillantes y los agujeros coronales, elementos estructurales fundamentales de la corona solar. Los puntos brillantes han sido observados sistemáticamente desde hace décadas en longitudes de onda del Extremo Ultravioleta y Rayos X por las grandes misiones espaciales solares (Yohkoh, SOHO, SDO, Hinode, Stereo, etc): estos puntos brillantes aparecen en todo el disco solar. No había hasta ahora una explicación de estos fenómenos desde el punto de vista de la magnetohidrodinámica incluyendo el proceso fundamental de la reconexión de líneas de campo, la estratificación de la atmósfera solar y la evolución temporal detallada del plasma: una gran dificultad es que la reconexión cambia de naturaleza cuando tiene lugar en estructuras tridimensionales y plantea dificultades importantes para su estudio. Los avances observacionales de los últimos años indicaban que para entender los puntos brillantes era necesario un estudio a fondo de reconexión tridimensional en estructuras coronales por encima de regiones bipolares de la red supergranular. En nuestro estudio, realizado con modelado numérico 3D usando un código MHD masivamente paralelo, demostramos cómo el forzamiento de una estructura de punto nulo coronal por el movimiento de sus pies fotosféricos lleva a reconexión, liberación de energía magnética en forma de calentamiento óhmico y producción de regiones coronales que pueden explicar las observaciones de EUV y Rayos X de los puntos coronales brillantes.

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