Determinação da geometria da linha de visada em observações heliosismológicas do limbo solar com dados do HMI/SDO

Abstract

A heliosismologia é o estudo das oscilações naturais e ressonantes no Sol, permitindo investigar sua estrutura interna e propriedades físicas. Esse tipo de análise é realizada, comumente, a partir de medidas de efeito Doppler no disco solar completo ou em regiões restritas do disco. Neste trabalho, explorou-se a heliosismologia no limbo solar, uma abordagem complementar à de efeito Doppler que analisa variações de intensidade na borda do disco solar. Foram utilizados dados do instrumento Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) a bordo do satélite Solar Dynamics Observatory (SDO), que forneceu séries temporais ao longo de seis anos de observação para 256 posições igualmente espaçadas ao longo do limbo. O objetivo do trabalho é descrever geometricamente como o movimento aparente ao longo do ano da inclinação do eixo de rotação solar (ângulo B0) afeta a perturbação das frequências das oscilações observadas. A partir da análise de Fourier bidimensional dos dados, diagramas de potência do tipo l − ν revelam as cristas que determinam as frequências dos modos acústicos de oscilação na região de 3000–3500 µHz, com período de aproximadamente 5 minutos. Foram encontradas as expressões analíticas dos ângulos φ(γ, θ) e ψ(γ, θ), que relacionam a separação do vetor de onda angular e do campo de velocidade linear de rotação do Sol; e a latitude da análise angular no limbo, respectivamente. Os resultados mostram que a contribuição da geometria da linha de visada do instrumento para a perturbação de frequências, dada pelo produto cos φ × cos ψ, é de até 30% quando a inclinação é máxima (γ = ±7, 25◦ ) e tem média de 25% para a modulação anual. As regiões de maior contribuição estão localizadas em aproximadamente 58,0◦ , 122,2◦ , 237,8◦ e 302,0◦ ao longo do limbo, com início da medida no limbo oeste. Trabalhos futuros devem desenvolver métodos que verifiquem os resultados teóricos com os dados observacionais. O trabalho estabelece uma base para o uso dos resultados em futuros estudos de heliosismologia no limbo.

Helioseismology is the study of the Sun’s natural and resonant oscillations, allowing the investigation of its internal structure and physical properties. These analyses are done, in general, by using Doppler effect measurements on the full solar disk or in restricted regions of the disk. In this work, we explore helioseismology at the solar limb as a complementary approach to the Doppler measurement that analyzes intensity variations at the edge of the disk. We use data from the Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) onboard the Solar Dynamics Observatory (SDO) satellite, which provides time series covering six years of observation for 256 equally spaced positions along the limb. The objective of the work is to describe geometrically how the apparent movement throughout the year of the tilt of the solar rotation axis (B0 angle) affects the observed oscillation frequency perturbations. Through two-dimensional Fourier analysis of the data, l − ν power spectrum reveals the ridges of the acoustic modes of oscillation in the 3000–3500 µHz frequency region, with an approximate 5-minute period. Analytical expressions for the angles φ(γ, θ) and ψ(γ, θ) have been found, which relate the separation of the angular wave vector from the linear velocity field vector of the solar rotation and latitude limb analysis, respectively. The results show that the geometric contribution of the line of sight of the instrument to the frequency perturbation, given by the product cos φ×cos ψ, reaches up to 30% when the inclination is at its maximum (γ = ±7.25◦ ) and has an average of 25% for the annual modulation. The regions of greatest contribution are located approximately at 58.0◦ , 122.2◦ , 237.8◦ , and 302.0◦ along the limb, with initial value on the west limb. Future work should focus on developing methods to verify these theoretical predictions against observational data. This work establishes a foundation for future helioseismic studies at the limb using its results.