Vortex flows and magnetic tornadoes on the Sun and cool stars

Den algoritme for å oppdage virvelstrømmer på solen ble ytterligere forbedret, testet og brukt på tidligere beregnet sett av 3D magnetohydrodynamiske simuleringer. Den nye algoritmen kombinerer flere stadier: (1) Bestemmelse av hastighetsfeltet. (2) Vortex deteksjon (3) Etterbehandling (4) Virvelidentifikasjon I det første trinnet brukes den "Line Integral Convolution" (LIC) metoden for å framheve strømlinjener og dermed virvelstrømmer, som ellers er vanskelige å se i de analyserte tidssekvenser. De LIC resultatene blir deretter anvendt som input til en "Local Correlation Tracking" (LCT) algoritme, som beregner 2D hastighetsfeltet. De resulterende hastighetsdataene blir så ført videre til det andre trinn, der algoritmen søker etter virvelstrømmer. For dette formålet har vi testet to ulike indikatorer for en rekke romlige / tidsskalaer. Den ene er den "enhanced vorticity" og den andre er "vorticity strength" metoden. Begge metodene ble evaluert basert på det systematiske settet med 3D modellatmosfærer laget med CO5BOLD. Den statistiske analysen av de resulterende virvel oppdagelser viser at levetiden og størrelsen på de detekterte virvler avhenger sterkt av den valgte metode. Vi konkluderte med at "vorticity strength" metoden identifiserer virvler mer nøyaktig enn den "enhanced vorticity" metoden og gir mer komplette og statistisk meningsfulle resultater enn visuelle inspeksjoner. De oppdagete virvler - som finnes som maksimum i virvelstyrken - blir etterbehandlet (trinn 3), fulgt gjennom tidssekvensen og blir deretter koblet til sammenhengende virvelhendelser (trinn 4). En omfattende artikkel som beskriver denne nye metoden blir publisert i Astronomy & Astrophysics i 2017 (akseptert).

The aim of the VORTEX project is the comprehensive study of vortex flows and magnetic tornadoes on the Sun and other stars. The project focuses on the small-scale magnetic tornadoes, which have been discovered recently and are thought to be abundant on ou r Sun. They are generated by vortex flows, which form due to the bathtub effect at the solar surface and force the footpoints of magnetic field concentrations to rotate. The magnetic fields extend through the atmospheric layers and thus mediate the rotati on upwards, resulting in a net energy transport into the upper layers. There, the energy is dissipated by yet unknown physical processes and thus contributes to the heating of the solar corona to temperatures in excess of a million degree Kelvin. The VOR TEX project addresses many fundamental and yet unknown aspects of this novel phenomenon. The chosen approach combines high-resolution observations with world-leading facilities like the ground-based solar telescope SST and the space-borne observatories SD O and IRIS and advanced numerical simulations with state-of-the-art 3-D radiative magnetohydrodynamics computer codes. The anticipated statistically significant sample will reveal the abundance, the spatial distribution, and the typical properties of magn etic tornadoes and related photospheric vortex flows, which is essential for an evaluation of the overall heating contribution across the Sun. The analysis and 3-D visualisation of the simulations allows for identifying the relevant physical processes beh ind the formation of magnetic tornadoes, the related energy transport and the dissipation in the upper layers. Similar 3-D simulations for red dwarf stars will be carried out, which constitute about 75 % of all stars in our galaxy. The gained knowledge wi ll be assembled into a comprehensive picture of the tornado phenomenon and its importance for the structure, dynamics, and heating of the outer layers of our Sun and stars in general.