Rekonstruktion des Sonnenfleckenmagnetfeldes mittels magneto-akustischer Wellen

Sonnenfleck NOAA11823 in einer dreidimensionalen Ansicht der spektralen Intensitäten und rekonstruierten Magnetfeldinklinationen über photosphärische bis hin zu chromosphärische Höhen. Die Intensitäten der linke Bildhälfte zeigen den Sonnenfleck am 21.August 2013 um 15:00:06UTC in mehreren Linienkern- und Linienflügelpositionen der Spektrallinien FeI 630.15nm, NaI 589.59nm und CaII 854.21nm. Ein umbraler Lichtblitz (engl.: umbral flash) erhellt die chromosphärische Umbra. Die abgeleiteten Magnetfeldinklinationen der rechten Bildhälfte wurden auf Werte zwischen 0° (dunkelblau) bis 70° (dunkelrot) skaliert. Die Sonnenfleckgrenzen ausgehend von der Kontinuumsintensität wurden als schwarze Umrandungen eingezeichnet. Die photosphärische Magnetfeldinklination in Sichtlinienrichtung wurde mittels HMI Inversionen bestimmt und zum Vergleich am rechten unteren Bildrand mit eingezeichnet. Die Bildpositionen entlang der z-Achse sind nicht maßstabsgetreu.

Das Magnetfeld eines Sonnenfleckes leitet magneto-akustische Wellen zu höheren atmosphärischen Schichten. In der oberen Photosphäre und unteren Chromosphäre werden Wellenmodi mit Perioden, die die akustische Abschneidefrequenz der Sonnenatmosphäre übersteigen, evaneszent. Die characteristische Abschneideperiode (engl. cut-off period) wird maßgeblich durch die atmosphärischen Gegebenheiten beeinflusst, so nimmt sie etwa mit einer größer werdenden Zenitinklination des Magnetfeldes zu. Dieser Zusammenhang wurde nun genutzt, um eine neue Technik zu entwickeln, die eine Rekonstruktion der Magnetfeldinklination auf Basis der dominierenden Wellenperioden in der Sonnenfleckenchromosphäre und oberen Photosphäre ermöglicht. 

Am 21. August 2013 wurde ein isolierter, kreisrunder Sonnenfleck (NOAA11823) für 58min in einem rein spektroskopischen Modus in mehreren Wellenlängen aufgenommen. Das Interferometric Bidimensional Spectro-polarimeter (IBIS) am Dunn Solar Telescope lieferte die hochauflösenden Beobachtungen. Mittels einer Wavelet-Analyse der Wellenleistung wurden die dominierenden Wellenperioden extrahiert und für die Rekonstruktion der Zenitinklination des Magnetfeldes in der Chromosphäre und oberen Photosphäre verwendet. 

Die Ergebnisse (siehe Abbildung) sind in guter Übereinstimmung mit dem von HMI (Helioseismic Magnetic Imager) gelieferten Magnetogramm der unteren Photosphäre. Das chromosphärische Sonnenfleckenmagnetfeld weist eine sehr vertikale (0°) Inklination in der Umbra und eine größer werdende Inklination in der Penumbra auf. Zur äusseren Penumbra wächst die Neigung des Magnetfeldes auf etwa 60° an. Mit steigenden atmosphärischen Höhen verkleinert sich die Neigung des penumbral Magnetfeldes. 

Es wird gefolgert, dass die Rekonstruktion der Magnetfeldtopologie auf Grundlage von Sonnenfleckenoszillationen konsistente und signifikante Ergebnisse liefert. Diese Technik eröffnet eine neue Möglichkeiten die Magnetfeldinklination in der solaren Chromosphäre abzuleiten.

 

Referenzen

J. Löhner-Böttcher, N. Bello González & W. Schmidt, 2016, Astronomische Nachrichten (eingereicht)

J. Löhner-Böttcher & N. Bello González, 2015, A&A, 580, 53

 

Danksagung

Die Daten wurden im Service Mode im Zuge des transnationalen ACCESS Programms von SOLARNET, einem nach EU-FP7 integrierten Projekt, aufgenommen. Das Spektrometer IBIS am Dunn Solar Telescope (DST, NSO) wurde von INAF-Mitarbeitern betrieben.