Dissertação de Mestrado #712 – Mariane Dias de Souza Gomes – 27/11/2023

Observações recentes revelaram a presença de ondas inerciais na superfície do Sol e apontaram o seu potencial como uma ferramenta eficaz na compreensão da dinâmica do interior solar, caracterizada por movimentos em diferentes escalas, como rotação diferencial, circulação meridional e convecção turbulenta. Estes movimentos influenciam no ciclo magnético solar, por sua vez responsável pelos eventos de atividade solar que podem impactar no clima espacial. Por outro lado, as simulações numéricas do interior solar têm enfrentado desafios na tentativa de reproduzir as observações, e o estudo das ondas inerciais oferece uma nova abordagem para questões em aberto, uma vez que comparando modelos teóricos de ondas inerciais com observações, é possível estabelecer limites sobre os parâmetros do interior solar.

Modelos numéricos que estudam a presença destas ondas no Sol mostram que elas poderiam interagir com campos magnéticos na tacoclina levando a eventos periódicos de atividade solar na superfície. Também foi encontrado que esses modos de oscilação podem interagir com a rotação diferencial, desencadeando instabilidades que periodicamente trocam energia com a rotação diferencial. Foi demonstrado, ainda, que as ondas inerciais podem transportar momento angular na direção latitudinal, sendo talvez capazes de alterar o perfil de velocidade angular do Sol.

Neste trabalho, estudamos a excitação e a dinâmica não linear destas ondas inerciais. Para isso, realizamos simulações numéricas globais usando o código EULAG-MHD. O domínio considerado nestas simulações possui estratificação termodinâmica compatível com o interior solar. Estudamos o desenvolvimento e a evolução destas ondas em simulações com rotação rígida, assim como com rotação diferencial imposta de forma forçada.

As simulações com rotação uniforme mostraram a existência de modos inerciais de Rossby com o modo imposto pela condição inicial das perturbações sendo o mais energético, e apresentando também cascateamento para outros modos com maior número de onda e menor energia. As frequências dos modos excitados concordam com a relação de dispersão teórica para estas ondas, demonstrando que o modelo computacional é capaz de capturar corretamente este fenômeno físico. Dessa forma, nos aprofundamos mais nos movimentos solares impondo um perfil de rotação diferencial e estudando os modos que aparecem nessas condições. As simulações com rotação diferencial apresentaram modos inerciais de alta latitude, ou seja, com maiores amplitudes nas regiões polares. Estes modos se desenvolvem na forma de instabilidades na rotação diferencial, extraindo energia desta para crescerem. Conforme as simulações evoluem, os modos de alta latitude trocam energia com a rotação diferencial, de forma a desacelerar ligeiramente a velocidade angular nos polos. Para uma taxa de rotação diferencial latitudinal similar à solar, a frequência destes modos concorda bem com as observações solares.

Os resultados obtidos neste trabalho mostram a importância das ondas inerciais para a compreensão da dinâmica no interior solar, mostrando sua influência na rotação diferencial e no balanço de fluxos. A boa concordância dos casos estudados com as observações abre várias perspectivas de trabalho futuro. A mais importante é talvez incorporar campo magnético ao modelo, a fim de compreender melhor o impacto destas ondas no dínamo solar.

Tópico: Defesa de Dissertação – Mariane Dias de Souza Gomes
Horário: 27 nov. 2023 02:00 da tarde São Paulo

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