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Thèse Année : 2011

The Investigation of Quasi-Separatrix Layers in Solar Magnetic Fields

L étude des couches quasi-séparatrice dans les champs magnétiques solaires

Résumé

The structure of the magnetic field is an important factor in many energetic processes in the solar corona. To determine the topology of the magnetic field, features such as null points, separatrix surfaces, and separator field lines must be calculated. It has been found that these features may be preferred sites for the formation of current sheets associated with the accumulation of free magnetic energy. Over the last decade, it also became clear that the geometrical analogs of the separatrices, the so-called quasi-separatrix layers (QSLs), have similar properties. This thesis has the aim of investigating these properties and to find correlations between these quantities. Our goal is to determine the geometrical features associated with the QSLs and with current structures, sites of reconnection, and topological features. With these aims we conduct three different studies. First, we investigate a non-linear force-free magnetic field extrapolation from observed magnetogram data taken during a solar flare eruption, concentrating our attention on two snapshots before and after the event. We determine the QSLs and related structures, and by considering carefully how they change between the two snpashots we are able to propose a possible scenario for how the flare occured. In our second project, we interest in potential source distributions. We take different potential point-source models : two four souces models already presented in the literature and a random distribution of fifteen sources. From these potential models we conduct a detailed analysis of the relationship between topological features and QSLs. It is found that the maxima of the Q-factor in the photosphere are located near and above the position of the subphotospheric null points extending part way along their spines, and that the narrow QSLs are associated with the curves defined by the photospheric endpoints of all fan field lines that start from subphotospheric sources. Our last study investigate two different flux rope emergence simulations. In particular, we take one case with and one without overlying magnetic field. We can identify the QSLs, current, and sites of reconnection and determine the relation between them. We found that not all high-Q regions are associated with current and / or reconnection and viceversa. We also investigated the geometry of the field lines associated with high-Q regions to determine which geometrical behaviour of magnetic field they are associated with. Those that are associated with reconnection also coincide topological features such as separators.
La structure du champ magnétique occupe une place importante dans de nombreux processus énergétiques de la couronne solaire. Pour déterminer la topologie du champ magnétique, il est nécessaire de calculer des éléments comme les points nuls, les séparatrices et les séparateurs. Il a été montré que ces régions peuvent être des sites privilégiés pour la formation de couches de courant associés à une accumulation d'énergie magnétique libre. Durant la dernière décennie, il est également apparu que les analogues géométriques des séparatrices, les quasi-séparatrices (QSLs), possédaient des propriétés similaires. Cette thèse a pour but d'étudier ces propriétés et d'établir des corrélations entre ces quantités. Notre objectif est de déterminer la relation entre les éléments géométriques associés aux QSLs et les structures courant électrique, sites de reconnexion et éléments topologiques. Dans ce contexte, nous avons mené trois études distinctes. Dans un premier temps, nous étudions le cas d'un champ magnétique extrapolé dans l'approximation du champ sans force non-linéaire à partir des données observationnelles d'un magnétogramme effectué lors d'un flare d'éruption solaire, en concentrant notre attention sur deux enregistrements avant et après l'évènement. Nous déterminons les SQLs et les structures associées, et en analysant soigneusement leur changement d'un enregistrement à l'autre nous pouvons proposer un scénario possible de la création du flare. Dans notre second projet, nous nous intéressons aux distributions de sources de champ magnétique potentiel. Nous utilisons différents modèles de sources : deux modèles à quatre sources déjà répertoriés dans la littérature et une distribution aléatoire de quinze sources. A partir de ces modèles en champ potentiel nous réalisons une analyse détaillée de la relation entre les éléments topologiques et les QSLs. Nous montrons que les maxima du facteur d'élongation-écrasement Q dans la photosphère sont situés à proximité et au-dessus de la position des points nuls subphotosphériques, s'étendant partiellement le long des épines des points nuls, et que les QSLs fines sont associés aux courbes définies par les points d'ancrage photosphériques des lignes de champ de la surface séparatrice en éventail émanant des sources subphotosphériques. Notre dernière étude porte sur deux simulations MHD différentes d'émergence de tubes de flux torsadés. En particulier, nous prenons un cas avec un autre sans champ magnétique coronal environant. Nous pouvons identifier les QSLs, les courants électriques et les sites de reconnexion et pouvons également déterminer la relation existant entre eux. Nous avons trouvé que les régions de Q élevé ne sont pas toutes associées à des courants et / ou de la reconnexioin et réciproquement. Nous avons également étudié la géométrie des lignes de champ associées aux régions de Q afin de déterminer avec quel comportement géométrique du champ magnétique elles sont associées. Celles qui sont associées à la reconnexion coïncident également avec les éléments topologiques comme les séparateurs.
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  • HAL Id : tel-02095125 , version 1

Citer

Anna Lisa Restante. The Investigation of Quasi-Separatrix Layers in Solar Magnetic Fields. Astrophysics [astro-ph]. Observatoire de Paris, 2011. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02095125⟩

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