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| ¿Así es la heliosfera? Una investigación dirigida por la BU lo sugiere. El tamaño y la forma del "campo de fuerza" magnético que protege a nuestro sistema solar de los mortíferos rayos cósmicos ha sido debatido durante mucho tiempo por los astrofísicos. Imagen por cortesía de Merav Opher, et. al |
Astrofísicos creen que la heliosfera es una burbuja protectora que protege a los planetas de nuestro sistema solar de las potentes radiaciones procedentes de las supernovas, las explosiones finales de las estrellas moribundas de todo el universo. También creen que la heliosfera se extiende mucho más allá de nuestro sistema solar. La heliosfera proporciona un enorme amortiguador contra la radiación cósmica en la vida de la Tierra, pero nadie conoce los detalles de la heliosfera, como su forma o tamaño.
Un equipo multiinstitucional de astrofísicos con sede en la Universidad de Boston, dirigido por el astrofísico de la BU Merav Opher, ha hecho un descubrimiento decisivo en nuestra comprensión de las fuerzas cósmicas que dan forma a la burbuja protectora que rodea nuestro sistema solar.
"¿Qué relevancia tiene esto para la sociedad? La burbuja que nos rodea, producida por el sol, ofrece protección contra los rayos cósmicos galácticos, y su forma puede afectar a la forma en que esos rayos entran en la heliosfera", dice James Drake, astrofísico de la Universidad de Maryland que colabora con Opher. "Hay muchas teorías, pero, por supuesto, la forma en que los rayos cósmicos galácticos pueden entrar puede verse afectada por la estructura de la heliosfera: ¿tiene arrugas y pliegues y ese tipo de cosas?".
El equipo de Opher ha construido algunas de las simulaciones informáticas más convincentes de la heliosfera, basadas en modelos construidos a partir de datos observables y de la astrofísica teórica.
Desde que el Centro Científico DRIVE de la BU recibió financiación por primera vez en 2019, el equipo SHIELD de Opher ha buscado respuestas a varias preguntas desconcertantes: ¿Cuál es la estructura general de la heliosfera? ¿Cómo evolucionan sus partículas ionizadas y afectan a los procesos heliosféricos? ¿Cómo interactúa e influye la heliosfera en el medio interestelar, la materia y la radiación entre las estrellas? ¿Y cómo se filtran los rayos cósmicos por la heliosfera o se transportan a través de ella?
"SHIELD combina la teoría, la modelización y las observaciones para construir modelos completos", afirma Opher. "Todos estos componentes diferentes trabajan juntos para ayudar a entender los rompecabezas de la heliosfera".
Un artículo publicado por Opher y sus colaboradores en la revista Astrophysical Journal revela que las partículas de hidrógeno neutro procedentes del exterior de nuestro sistema solar desempeñan probablemente un papel crucial en la forma que adquiere nuestra heliosfera.
"¿Por qué las estrellas y los agujeros negros -y nuestro propio sol- expulsan chorros inestables?" dice Opher. "Vemos que estos chorros se proyectan como columnas irregulares, y [los astrofísicos] llevan años preguntándose por qué estas formas presentan inestabilidades".
Del mismo modo, los modelos SHIELD predicen que la heliosfera, que viaja en paralelo con nuestro sol y abarca nuestro sistema solar, no parece ser estable. Otros modelos de la heliosfera desarrollados por otros astrofísicos tienden a representar la heliosfera con una forma parecida a la de un cometa, con un chorro -o una "cola"- que fluye detrás de su estela. En cambio, el modelo de Opher sugiere que la heliosfera tiene una forma más parecida a la de un croissant o un donut.
Las partículas neutras de hidrógeno se denominan así porque tienen cantidades iguales de cargas positivas y negativas que no tienen carga.
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| Una nueva investigación dirigida por el astrofísico de la Universidad de Boston Merav Opher podría explicar por qué la heliosfera, un "campo de fuerza" magnético protector que emana de nuestro sol y abarca nuestro sistema solar, es probablemente inestable y de forma irregular. "El universo no está tranquilo", afirma Opher. "Nuestro modelo de la BU no trata de cortar el caos". Imagen por cortesía de Merav Opher, et. al |
"Llegan a raudales a través del sistema solar", afirma Opher. Utilizando un modelo computacional como si fuera una receta para probar el efecto de los "neutrales" en la forma de la heliosfera, "sacó un ingrediente del pastel -los neutrales- y notó que los chorros que vienen del sol, dando forma a la heliosfera, se vuelven súper estables. Cuando los volví a poner, las cosas empezaron a doblarse, el eje central empezó a ondularse, y eso significa que algo dentro de los chorros de la heliosfera se está volviendo muy inestable".
Una inestabilidad así podría, en teoría, causar una perturbación en los vientos solares y los chorros que salen de nuestro sol, haciendo que la heliosfera divida su forma, en una forma parecida a la de un croissant. Los astrofísicos aún no han desarrollado formas de observar el estado real de la heliosfera. Ahora, el modelo de Opher sugiere que la presencia de neutrales golpeando nuestro sistema solar haría imposible que la heliosfera fluyera uniformemente como un cometa fugaz. Seguramente, los neutrales se abren paso en el espacio.
Drake, coautor del nuevo estudio, dice que el modelo de Opher "ofrece la primera explicación clara de por qué la forma de la heliosfera se rompe en las zonas norte y sur, lo que podría afectar a nuestra comprensión de cómo los rayos cósmicos galácticos llegan a la Tierra y al entorno cercano a la Tierra". Eso podría afectar a la amenaza que la radiación supone para la vida en la Tierra y también para los astronautas en el espacio o los futuros pioneros que intenten viajar a Marte u otros planetas
"El universo no está tranquilo", dice Opher. "Nuestro modelo de la BU no trata de cortar el caos, lo que me ha permitido señalar la causa [de la inestabilidad de la heliosfera].... las partículas neutras de hidrógeno".
En concreto, la presencia de los neutrales que colisionan con la heliosfera desencadena un fenómeno bien conocido por los físicos, llamado inestabilidad de Rayleigh-Taylor, que se produce cuando dos materiales de distinta densidad chocan, con el material más ligero empujando contra, el material más pesado.
Ocurre cuando el petróleo está suspendido sobre el agua y los fluidos o materiales más pesados están suspendidos sobre fluidos más ligeros. La gravedad desempeña un papel importante y da lugar a formas muy irregulares. En el caso de los chorros cósmicos, el arrastre entre las partículas neutras de hidrógeno y los iones cargados crea un efecto similar al de la gravedad. Los "dedos" que se observan en la famosa nebulosa Cabeza de Caballo, por ejemplo, están causados por la inestabilidad Rayleigh-Taylor.
"Este hallazgo es un avance realmente importante, nos ha puesto en la dirección de descubrir por qué nuestro modelo obtiene su distintiva heliosfera en forma de croissant y por qué otros modelos no", dice Opher.
Fuentes, creditos y referencias:
M. Opher et al 2021 ApJ 922 181 A Turbulent Heliosheath Driven by the Rayleigh–Taylor Instability, The Astrophysical Journal, Volume 922, Number 2. DOI: 10.3847/1538-4357/ac2d2e
Fuente: Universidad de Boston