Congreso Colombiano de Astronomía y Astrofísica - 2012

Modelos de dínamo solar de campo médio, advección de flujo magnético vs. ondas dínamo.

Not scheduled

Grupo Halley (Universidad Industrial de Santander)

Carteles

Speakers

Alejandro Cardenas Avendano (Universidad Nacional de Colombia, Fundación Universitaria Konrad Lorenz) Pedro Santos (Universidad Nacional de Colombia)

Description

El cálculo numérico de las ecuaciones magnetohidrodinámicas (MHDs) de campo medio permite estudiar, en buena aproximación, la evolución del campo magnético solar y reproducir algunas de sus características fundamentales, tales como el ciclo de once años y la migración de los campos magnéticos observada en los llamados "butterfly diagram". El mecanismo físico que determina la evolución de este campo es conocido como efecto dínamo. Dos procesos son particularmente importantes en la teoría de dínamo solar; el efecto \Omega, debido a la rotación diferencial del plasma en la zona convectiva, que corresponde a un cizallamiento que estira y amplifica las líneas de campo magnético en la dirección de la rotación solar (campo toroidal), y el efecto \alpha, que transforma el campo toroidal en un campo poloidal (dipolar). El efecto \alpha es la contribución de los movimientos en escalas turbulentas a las grandes escalas. Puede ser entendido como pequeños "twist" ejercidos sobre el campo toroidal que dan lugar a campos dipolo en pequeña escala, cuya combinación genera un campo dipolar en grande escala. Otra fuente de campo dipolar es el llamado efecto \alpha de Babcock-Leighton (BL) debido al decaimiento de las regiones activas; el flujo magnético en estas regiones es transportado en dirección de los polos, donde reemplaza al flujo magnético del ciclo anterior por uno de polaridad opuesta. Se cree que la periodicidad observada en el ciclo solar se debe a un ciclo continuo de los efectos \Omega y \alpha. La migración observada puede ser explicada como propagación de ondas dínamo o como la advección o transporte del campo magnético por flujos en grande escala (como el flujo meridional), o por bombeamento magnético (magnetic pumping) que es un efecto turbulento. Entre la variedad de modelos de dínamo solar de campo medio, los llamados modelos de Babcock-Leighton han sido los más exitosos en reproducir las observaciones y han sido utilizados inclusive para hacer predicciones de actividad magnética futura (e.g. Dikpati et al. 2008). Estos modelos requieren la presencia de una celda de flujo meridional en cada cuadrante encargada de transportar flujo magnético; sin embargo, observaciones heliosismológicas recientes (Junwei Zhao, comunicación privada) indican la presencia de dos o más celdas de circulación meridional en cada hemisferio. En este trabajo estudiamos, mediante simulaciones numéricas, cómo los resultados de modelos de dínamo de BL son afectados al hacer uso de múltiples celdas de flujo meridional en cada cuadrante. Estudiamos también un modelo de dínamo solar donde la generación del campo magnético se encuentra distribuida en toda la zona convectiva (efecto \alpha turbulento) y los patrones de migración son explicados como ondas de dínamo debidas al "shear" radial localizado cerca de la superficie como fue propuesto por Brandenburg (2005). También discutimos los efectos de considerar una o varias celdas de flujo meridional en este modelo de dínamo. La ecuación de inducción de campo medio, utilizada en los modelos de dínamo solar discutidos arriba, se obtiene a partir de las ecuaciones de la magnetohidrodinámica. Los campos, magnético y de velocidad, se descomponen en sus componentes de grande y de pequeña escala (asociada con la turbulencia hidrodinámica). La ecuación resultante gobierna la evolución temporal de campo en grande escala pero incluye una fuerza electromotriz que es la contribución de las escalas turbulentas. Esta ecuación se separa en sus componentes toroidal y poloidal. La solución de estas ecuaciones resulta no trivial y requiere ser resuelta numéricamente. El método numérico utilizado en este trabajo emplea diferencias finitas centradas para expresar de forma discreta los términos difusivos (segundas derivadas) y el método de Lax-Wendroff para expresar los términos advectivos (primeras derivadas). La evolución temporal es realizada con el método ADI (alternating direction implicit method). El código ha sido verificado comparando sus resultados con los obtenidos en un “benchmark” (Jouve et al. 2008) y ha sido utilizado en diferentes estudios numéricos (e.g Guerrero & Muñoz 2004, Guerrero & Dal Pino 2007, 2008, 2009, Guerrero et al. 2009, 2012).