Oscillatory Phase and Acoustic Travel-Time Inconsistencies Measured between SDO/HMI and GONG Dopplergrams

Resumen Técnico: Inconsistencias en la Fase Oscilatoria y en el Tiempo de Viaje Acústico Medidas entre SDO/HMI y GONG

Planteamiento del Problema
La determinación del perfil interno de la circulación meridional del Sol sigue siendo objeto de un debate significativo en la helioseismología. Mientras que los flujos cerca de la superficie están bien medidos, los perfiles internos derivados por diferentes equipos de investigación utilizando datos del Helioseismic and Magnetic Imager (SDO/HMI), el Michelson Doppler Imager (MDI) y el Global Oscillation Network Group (GONG) arrojan resultados inconsistentes, que varían desde patrones de circulación de una sola célula hasta de doble célula. Estudios previos han identificado un sesgo sistemático donde los flujos derivados de SDO/HMI parecen ser más fuertes hacia el sur que los de otros instrumentos, y existe un desfase persistente en los tiempos de viaje acústicos entre los datos de SDO/HMI y GONG. El origen de estas discrepancias —ya sea que provengan de artefactos instrumentales, efectos de centro a limbo (CtoL) o de variabilidad solar genuina— sigue sin estar claro, lo que dificulta la caracterización precisa de la dinámica del interior solar.

Metodología
Para investigar el origen de estas discrepancias, los autores analizaron dopplergramas contemporáneos de SDO/HMI y GONG durante 14 años (mayo de 2010 a abril de 2024). Los datos fueron procesados utilizando procedimientos idénticos para asegurar la consistencia:

1. Preparación de Datos: Dopplergramas de disco completo continuos de 24 horas fueron remapeados a la proyección de Postel, rastreados a la tasa de Snodgrass y agrupados espacialmente a una resolución uniforme de $0.36^{\circ}$ píxel$^{-1}$.
2. Análisis de Desplazamiento de Fase Relativo: Los autores computaron desplazamientos de fase oscilatoria relativos ($\delta\phi$) entre los dos instrumentos en ubicaciones solares idénticas. Esto se logró extrayendo secuencias temporales de ambos conjuntos de datos, computando su correlación cruzada en el dominio de Fourier y promediando sobre el rango de frecuencia de 3.0–4.0 mHz (donde la relación señal-ruido es óptima).
3. Mediciones de Tiempo de Viaje: Los desplazos de tiempo de viaje acústico ($\delta\tau$) se midieron a lo largo de la dirección norte-sur en ambos los lados este y oeste del meridiano central solar. Estas mediciones se compararon entre instrumentos y a través del meridiano central para identificar asimetrías y desfases sistemáticos.
4. Evolución Temporal: El estudio examinó la evolución temporal de las anomalías de fase y las discrepancias en los tiempos de viaje durante el periodo de 14 años, incluyendo variaciones anuales y mensuales.

Resultados Clave
El análisis reveló varias inconsistencias sistemáticas que desafían las interpretaciones helioseismológicas actuales:

• Anomalías de Fase Persistentes: Se identificó un área distintiva de anomalías de desplazamiento de fase en el cuadrante noroeste del disco solar (aproximadamente $0^{\circ}$–$20^{\circ}$ de longitud y $15^{\circ}$–$35^{\circ}$ de latitud). La magnitud de estas anomalías ha mostrado una tendencia creciente de 2010 a 2024, con amplitudes que alcanzan $\sim7.0$ mrad (correspondientes a $\sim0.3$ segundos en tiempo de viaje).
• Tendencia de Fase a través del Disco: Tras eliminar el componente axisymmetric de CtoL, los mapas de desplazamiento de fase relativo mostraron una disminución sistemática y gradual desde el cuadrante noreste hacia el suroeste. Esta tendencia crea un gradiente que, si se interpreta como un flujo, imitaría un flujo hacia el sur más fuerte en el lado occidental del meridiano central y sugeriría una rotación más rápida en el hemisferio sur en comparación con el norte.
• Inconsistencias en el Tiempo de Viaje:
  • Desfase Instrumental: Existe un desfase significativo y persistente entre las mediciones de tiempo de viaje de SDO/HMI y GONG, incluso después de las correcciones de CtoL.
  • Asimetría Este-Oeste: Contrario a lo esperado, las mediciones de tiempo de viaje en los lados este y oeste del meridiano central no son consistentes para ninguno de los dos instrumentos. Las discrepancias son más pronunciadas en los datos de SDO/HMI, pero también son estadísticamente significativas en los datos de GONG.
  • Correlación: La evolución temporal de la asimetría de tiempo de viaje este-oeste muestra una fuerte correlación entre los dos instrumentos independientes, lo que sugiere que la causa no es puramente instrumental, sino que puede involucrar factores desconocidos acoplados con señales solares.

Significancia y Afirmaciones
El artículo concluye que tanto SDO/HMI como GONG poseen artefactos sistemáticos que afectan significativamente las mediciones de la circulación meridional. Los autores afirman que:

1. Sesgo Sistemático: Las anomalías de fase observadas y las asimetrías este-oeste son probablemente responsables de los perfiles de circulación meridional conflictivos reportados en la literatura previa.
2. Desafíos de Corrección: La naturaleza variable en el tiempo de las anomalías de fase y el comportamiento no estacionario de la asimetría este-oeste plantean desafíos importantes para la caracterización y corrección precisas.
3. Limitaciones de los Proxies Actuales: Los hallazgos socavan la validez de utilizar los tiempos de viaje este-oeste ecuatoriales como un proxy estacionario para el efecto CtoL, ya que las anomalías de fase exhiben tendencias a través del disco que no necesariamente comparten el mismo comportamiento que la región ecuatorial.
4. Atribución Modesta: El estudio enfatiza que, debido a que los mapas de fase representan mediciones relativas entre instrumentos, sigue siendo difícil asignar definitivamente la fuente específica del error a un instrumento frente al otro. Sin embargo, la presencia de errores sistemáticos en ambos conjuntos de datos es evidente.

Los autores no proponen un método de corrección específico ni una nueva técnica de inversión, sino que destacan que estos problemas sistemáticos no resueltos deben abordarse para lograr una determinación fiable de la circulación meridional interna del Sol.