Polarized radiative transfer in solar atmosphere
Etude du transfert du rayonnement polarisé dans l'atmosphère solaire
Résumé
The adequate theoretical models of the NLTE radiative transfer are needed for interpretation of the complicated spectra emerging from the magnetized solar atmosphere. In the first part of the thesis, the quantum theory of polarization is reviewed along with the problem of NLTE radiative transfer of the 2nd kind. A general notation for a numerical treatment of the atomic density matrix is introduced. A lambda-operator splitting technique is presented and used for development of a novel preconditioning method analogous to the Jacobi iteration algorithm. Number of processes is taken into account: atomic polarization, level-crossings, Paschen-Back effect, Hanle and Zeeman effects, optical pumping, collisional (de)polarization. A nonlinear multigrid technique is developed in the framework of polarized radiative transfer theory and the efficiency of the method is discussed. The potential of this new solver is demonstrated on an example of transfer of the optically thick line of a multiterm atom in the Paschen-Back effect regime. In the second part of the thesis, the particular problem of impact polarization of the hydrogen H-alpha line in solar flares is considered. The semi-empirical models of the flaring chromosphere are used to find the differential effects of the proton beam on the line intensity and linear polarization profiles. Proton beams are shown to be an unlikely source of the observed linear polarization. In the last chapter, it is shown that the electric return currents are significant ingredient of the line formation and they are proposed as being a possible source of the observed linear polarization.
L'interprétation des spectres compliqués de l'atmosphère solaire magnétisée requiert des modèles théoriques adéquats de transfert radiatif hors ETL. Dans la première partie, la théorie quantique de la polarisation est revue ainsi que celle du transfert radiatif hors ETL de 2$^{\rm e}$ espèce. Une notation générale est introduite pour traiter numériquement la matrice densité atomique. Une technique de ''lambda-operator splitting'' est présentée et utilisée pour développer une méthode originale de préconditionnement analogue à l'algorithme itératif de Jacobi. De nombreux processus sont pris en compte: l'effet Zeeman, l'effet Paschen-Back, l'effet Hanle, la polarisation atomique, les croisements de niveaux, le pompage optique, la (dé)polarisation par collisions. Une technique multigrille non linéaire est développée dans le cadre du transfert de rayonnement polarisé et l'efficacité de la méthode est discutée. Les possibilités de ce nouveau solveur sont démontrées sur l'exemple d'une raie optiquement épaisse d'un atome multiterme dans le régime de l'effet Paschen-Back. Dans la deuxième partie, la polarisation par impact de la raie H-alpha de l'hydrogène est étudiée. Les modèles semi-empiriques de la chromosphère éruptive sont utilisés pour déterminer les effets différentiels du faisceau de protons sur les profils d'intensité et de polarisation. Il est montré qu'il est improbable que les faisceaux de protons soient la source de la polarisation linéaire observée. Dans le dernier chapitre, il est montré que les courants électriques de retour sont un ingrédient significatif de la formation des raies et ils sont proposés comme une source possible de la polarisation observée.
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