Las manchas solares son las manifestaciones más evidentes del magnetismo solar y albergan procesos físicos fundamentales, como las oscilaciones. Sin embargo, aún no se ha obtenido una descripción completa de las oscilaciones en manchas. Este proyecto trata de realizar un estudio detallado de las ondas en manchas solares, desde el interior hasta la cromosfera. La investigación se llevará a cabo de manera multidisciplinar, combinando modelado numérico, heliosismología, observaciones, métodos de diagnóstico de plasma y machine learning.

Las capas internas de las estrellas son opacas a la radiación y, por lo tanto, inaccesibles mediante imagen óptica. El único medio que permite evaluar el interior del Sol es el análisis de las ondas superficiales, lo que se conoce como heliosismología. Las manchas solares han sido un objetivo destacado de la heliosismología local, pero su interpretación aún es controvertida debido a la compleja interacción de las ondas con el campo magnético. Uno de los principales objetivos de este proyecto es el desarrollo de una nueva metodología para inferir la estructura de manchas solares por debajo de la superficie. Los métodos tradicionales tratan de estimar el interior de las manchas usando inversiones, que recuperan la estratificación del interior solar a partir de medidas del tiempo de viaje. Éste se define como el tiempo empleado por las ondas en viajar entre dos puntos de la superficie solar. Las inversiones desarrolladas hasta ahora usan varias simplificaciones:

1) el campo magnético es despreciado;

2) las manchas son perturbaciones débiles;

3) sólo se incluye la contribución de cambios en la velocidad del sonido.

Ninguna de estas simplificaciones es válida para manchas solares. Proponemos desarrollar una nueva técnica que evita las limitaciones de los métodos de inversión. Una red neuronal será entrenada con los resultados de un conjunto de simulaciones numéricas. La red asociará el tiempo de viaje con las propiedades de la mancha debajo de la superficie. La principal ventaja de este método es que usa la resolución de las ecuaciones magnetohidrodinámicas, de modo que tiene en cuenta todos los procesos físicos relevantes.

En este proyecto también exploraremos varias cuestiones abiertas sobre propagación de ondas en capas atmosféricas. Las ondas en manchas son excitadas por modos p externos y/o movimientos convectivos internos. Se manifiestan de varias formas en la atmósfera de la umbra, incluyendo oscilaciones con periodos de 5 minutos en la fotosfera, 3 minutos en la cromosfera y umbral flashes. Actualmente no existe un escenario que pueda explicar completamente el origen y naturaleza de estos fenómenos. Se han planteado varios modelos que compiten por explicar en cambio en el periodo de las ondas entre la fotosfera y la cromosfera, y todos ellos han sido recientemente apoyados por diversas observaciones. Además, trabajos recientes han identificado oscilaciones en el campo magnético y flujos de velocidad hacia abajo asociados a umbral flashes. Estos resultados están en conflicto con el modelo más aceptado para las umbral flashes, que considera que son producidas por la propagación hacia arriba de ondas de choque.
Nuestro equipo de investigación y grupo de trabajo tienen amplia experiencia en el estudio de ondas en las capas internas del Sol y en la atmósfera. Nuestro objetivo es unir estas dos líneas de investigación y realizar un estudio detallado del proceso global de propagación de ondas en manchas.