The solar internetwork

Abstract

En esta tesis se estudia la evoluci on del campo magn etico de la intrared en las escalas peque~nas y su contribuci on al magnetismo del Sol en calma. Los elementos de la intrered son estructuras magn eticas muy din amicas, de cortas vidas que pueblan el interior de las celdas supergranulares. De- bido a su abundancia, se cree que estos campos peque~nos son ingredientes esenciales para el magnetismo solar. Sin embargo, estos elementos son d ebiles y producen min usculos se~nales de polarizaci on, que es la raz on por la cual sus propiedades son bastante desconocidas. Adem as de esto, los campos magn eticos de intrared est an acopladas con la din amica de las celdas supergranulares. Por lo tanto, para entender c omo evolucionan, es necesario seguirlos continuamente durante muchas horas.

Hasta la epoca de Hinode, era imposible obtener observaciones que cumplen todos los requisitos para estudiar la evoluci on de los campos de la intrared. Utilizado el Hinode Narrowband Filter Imager (NFI) nosotros obtuvi- mos observaciones de larga duraci on, con la resoluci on espacial y temporal sin precedentes y con la sensibilidad m as alta jam as alcanzada. Estas ob- servaciones por la primera vez nos permiten examinar la evoluci on de los parches individuales del ujo magn etico en el Sol en calma en escalas temporales desde minutos hasta d as. Para estudiar elementos magn etos de la intrared en el Sol en calma utilizamos observaciones obtenidas con el Hinode/NFI en el marco de \Hinode Operation Plan 151". Las medidas se tomar on en la l nea de res- onancia Na I D1 en 589.6 nm. Nuestras secuencias de los magnetogramas tienen una alta sensibilidad de 4 Mx cm2, una resoluci on espacial de 0.16 segundos de arco por un pixel y una cadencia de 60 segundos. Para seguir los parches individuales de ujo desde que nacen hasta que mueren y analizar las interacciones entre ellos, hemos desarrollado un nuevo c odigo para resolver algunos de los problemas de c odigos au- tom aticos de seguimiento que provocan interacciones mal identi cadas y/o etiquetados incorrectos de los elementos magn eticos. Utilizando este c odigo podemos determinar la historia de los parches individuales de una manera able. Estas correcciones nos permiten evaluar de una manera di- recta la importancia de la intrared para mantenimiento del ujo magn etico del Sol en calma. Nosotros clasi camos los parches de ujo detectados como parches de la intrared o red y analizamos c omo evolucionan con el tiempo y con- tribuyen al ujo del Sol. Nosotros encontramos que el ujo de la intrared aporta unos 15% del ujo absoluto total del Sol en calma. El resto es proporcionado por el NE. Las variaciones peque~nas temporales del ujo de la intrared y la red muestran que en escalas grandes est an en un es- tado estable, pero tambi en muestran que el ujo magn etico dentro de las celdas superganulares puede aumentar cas un orden de magnitud cuando elementos magn eticos aparezcan en grupos por la super cie del Sol. Tambi en analizamos por la primera vez c omo interaccionan los ele- mentos de la intrared con los elementos de la red y contribuyen el ujo a ellos. Gracias a este estudio concluimos que las regiones de la intrared son fuentes del ujo m as importantes de la red. En otras palabras, los parches de la intrared son capaces de mantener el ujo de la red. Sus contribuciones son mucho m as grandes que de las zonas ef meras. Nosotros describimos por la primera vez de una manera consistente c omo los supergranulos individuales ganan y pierden ujo magn etico. Analizamos las fuentes y sumideros de ujo de la intrared y calculamos las tasas de aparici on y desaparici on del ujo total. Demostramos c omo estas tasas cambian con el tiempo y distancia desde los centros de las celdas. Tambi en discutimos las consecuencias de estos resultados para mecanismos responsables de la formaci on de elementos magn eticos de la intrared.

In this thesis we study the evolution of small-scale internetwork fields and their contribution to the quiet Sun magnetism. Internernetwork elements are highly dynamic, short-lived magnetic structures that populate the interior of supergranular cells. Because of their abundance it is believed that these small-scale fields are essential ingredients of the solar magnetism. However, they are weak and pro- duce tiny polarization signals, which is the reason why their properties are poorly known. In addition to this, internetwork fields are coupled to the dynamics of supergranular cells. Therefore, to understand their evo- lution it is necessary to follow them continuously for many hours. Until the Hinode era, it was impossible to obtain observations that fulfill all the requirements to study the evolution of internetwork fields. Using the Hinode Narrowband Filter Imager (NFI) we obtained long duration observations at unprecedented spatial and temporal resolution with the highest sensitivity ever achieved. For the first time these observations allow us to examine the evolution of individual ux patches in the quiet Sun on temporal scales from minutes to days. To study quiet Sun internetwork magnetic elements we used obser- vations obtained with the Hinode/NFI in the framework of the Hinode Operation Plan 151. The measurements were carried out in the Na I D1 resonance line at 589.6 nm. Our magnetogram sequences have a high sensitivity of 4 Mx cm -2, a spatial resolution of 0.16 arcsec/pixel and a cadence of -60 s. To follow individual ux patches from birth to death and analyze the interactions between them, we developed a new code to solve some of the problems of automatic tracking codes that lead to misidentifications and/or incorrect labeling of the magnetic elements. By use of this code we can determine the history of ux patches in a reliable manner. These corrections permit us to evaluate in a direct way the importance of the internetwork for the maintenance of the quiet Sun magnetic ux. We classiffied the detected ux features as internetwork or network patches and analyzed how they evolve with time and contribute to the quiet Sun ux budget.

We found that the internetwork ux accounts for about 15% of the total unsigned quiet Sun ux. The rest is provided by the network. The small temporal variations of the internetwork and net- work uxes reveal their steady-state nature on large scales, but they also show that the ux inside of individual supergranular cells may increase by almost an order of magnitude when clusters of magnetic elements appear on the solar surface. We analyzed for the first time how internetwork features interact with network elements and contribute their ux to the network. From this study we concluded that internetwork regions are the main source of ux for the network. In other words, internetwork ux features are capable of maintaining the network. Their contribution is much larger than that of ephemeral regions. We describe in a consistent way for the first time how individual su- pergranular cells gain and lose magnetic ux. We analyze the sources and sinks of internetwork ux and calculate the total ux appearance and disappearance rates. We demonstrate that these rates change with time and distance from the cell centers. The results are discussed in terms of the mechanisms responsible for the formation of internetwork magnetic elements.