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La atmósfera del Sol: Simulación por ordenador de la arquitectura del campo magnético en la corona media el 17 de agosto de 2018. Los rasgos en forma de rayo de esta instantánea son la arquitectura magnética subyacente de la red coronal observada. En la corona media, las líneas de campo magnético predominantemente cerradas cerca del Sol dan paso a las líneas de campo predominantemente abiertas de la corona exterior. Crédito: Nature Astronomy, Chitta et al.
Un grupo de científicos del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS), en Alemania, ha realizado un importante avance en la comprensión de uno de los misterios más acuciantes del Sol: ¿cómo impulsa nuestra estrella las partículas que componen el viento solar hacia el espacio?
La información ofrece una perspectiva distinta de una región crucial de la corona solar a la que hasta ahora era difícil acceder para los investigadores. Allí, el equipo ha registrado por primera vez una red dinámica de estructuras de plasma que se asemejan a una larga red entrelazada. Cuando se combinan los datos de varias sondas espaciales y las exhaustivas simulaciones por ordenador, aparece una imagen distinta: la energía magnética se descarga y las partículas escapan al espacio donde interactúan las alargadas estructuras de la red coronal.
Los Satélites Geoestacionarios Operativos Medioambientales (GOES) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA) se han ocupado tradicionalmente de otras cosas que no son el Sol.
En agosto y septiembre de 2018 tuvo lugar una campaña de observación exploratoria para obtener imágenes de la corona solar extendida. Durante más de un mes, el Solar Ultraviolet Imager (SUVI) de GOES miró directamente al Sol como suele hacerlo y capturó imágenes a ambos lados de él.
El Dr. Dan Seaton del SwRI, que actuó como científico jefe de SUVI durante la campaña de observación, dijo: "Tuvimos la rara oportunidad de utilizar un instrumento de una manera inusual para observar una región que no ha sido explorada. Ni siquiera sabíamos si funcionaría, pero si lo hacía, haríamos importantes descubrimientos".
La corona intermedia, una capa de la atmósfera solar situada a 350 mil kilómetros por encima de la superficie visible del Sol, pudo fotografiarse por primera vez en luz ultravioleta integrando las fotos de los distintos ángulos de visión, lo que aumentó considerablemente el campo de visión del instrumento.
El Dr. Pradeep Chitta, del MPS, autor principal del nuevo estudio, declaró: "En la corona media, la investigación solar ha tenido una especie de punto ciego. Los datos del GOES suponen ahora una mejora significativa". En la corona media, los investigadores sospechan de los procesos que impulsan y modulan el viento solar".
Uno de los aspectos más extensos de nuestra estrella es el viento solar. La heliosfera, una burbuja de plasma enrarecido que denota la esfera de influencia del Sol, es creada por la corriente de partículas cargadas que el Sol lanza al espacio y viaja hasta el límite de nuestro Sistema Solar. El viento solar se divide en componentes rápidos y lentos según su velocidad. En el interior de los agujeros coronales, zonas que aparecen oscuras en la radiación ultravioleta coronal, es donde se origina el llamado viento solar rápido, que puede viajar a más de 500 kilómetros por segundo. Sin embargo, se sabe menos sobre los orígenes del viento solar lento. Sin embargo, incluso las partículas del viento solar lento viajan por el espacio a velocidades supersónicas de 300 a 500 km/s.
El plasma coronal caliente de más de un millón de grados tiene que escapar del Sol para formar el viento solar lento. ¿Qué mecanismo está en juego aquí? Además, el viento solar lento no es homogéneo, sino que revela, al menos en parte, una estructura de rayos de serpentinas claramente distinguibles. ¿Dónde y cómo se originan? Estas son las preguntas que aborda el nuevo estudio.
El origen del viento solar: Este es un mosaico de imágenes tomadas por el instrumento SUVI de GOES y el coronógrafo LASCO de SOHO el 17 de agosto de 2018. Fuera del círculo blanco marcado, el campo de visión de LASCO muestra las corrientes del viento solar lento. Estos se conectan sin problemas con las estructuras de la red coronal en la parte media de la corona, que se pueden ver dentro del círculo marcado en blanco. Donde los largos filamentos de la red coronal interactúan, el viento solar lento comienza su viaje hacia el espacio. Crédito: Nature Astronomy, Chitta et al. / GOES/SUVI / SOHO/LASCO
En los datos del GOES se aprecia una región cercana al ecuador que llamó la atención de los investigadores: dos agujeros coronales, en los que el viento solar fluye sin obstáculos desde el Sol, cerca de una zona con un fuerte campo magnético. Se considera que estas interacciones del sistema son el origen potencial del viento solar lento.
La corona media por encima de esta región está representada por estructuras de plasma alargadas que apuntan radialmente hacia fuera en los datos del GOES. Este fenómeno, que se ha observado directamente por primera vez, es denominado por el equipo de autores como red coronal. Las estructuras de la red interactúan y se reorganizan con frecuencia.
Los investigadores saben desde hace tiempo que el plasma solar de la corona exterior presenta una arquitectura similar. Durante décadas, el coronógrafo LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) a bordo de la nave espacial SOHO, que celebró su 25º aniversario el año pasado, ha proporcionado imágenes de esta región en luz visible.
Los científicos consideran que el lento viento solar que inicia allí su viaje al espacio tiene una estructura similar a la de una corriente en chorro. Como ha demostrado de forma impresionante el reciente estudio, esta estructura ya predomina en la corona media.
Los investigadores también examinaron la información de otras sondas espaciales para comprender mejor el fenómeno: El Observatorio de Dinámica Solar (SDO) de la NASA proporcionó una imagen contemporánea de la superficie del Sol, mientras que la nave espacial STEREO-A, que ha estado orbitando el Sol antes que la Tierra desde 2006, proporcionó una vista lateral.
El Dr. Cooper Downs, de Predictive Science Inc., que realizó las simulaciones por ordenador, declaró: "Mediante modernas técnicas computacionales que incorporan observaciones de teledetección del Sol, los investigadores pueden utilizar superordenadores para construir modelos 3D realistas del escurridizo campo magnético de la corona solar. En este estudio, el equipo utilizó un modelo magnetohidrodinámico (MHD) avanzado para simular el campo magnético de la corona y el estado del plasma durante este periodo."
El Dr. Cooper Downs, de Predictive Science Inc., que realizó las simulaciones por ordenador, dijo: "Esto nos ayudó a conectar la fascinante dinámica que observamos en la corona media con las teorías predominantes sobre la formación del viento solar."
Chitta dijo: "Como muestran los cálculos, las estructuras de la red coronal siguen las líneas del campo magnético. Nuestro análisis sugiere que la arquitectura del campo magnético en la corona media está impresa en el viento solar lento y desempeña un papel importante en la aceleración de las partículas en el espacio". Según los nuevos resultados del equipo, el plasma solar caliente de la corona media fluye a lo largo de las líneas de campo magnético abiertas de la red coronal. Donde las líneas de campo se cruzan e interactúan, se libera energía".
"Hay muchos indicios de que los investigadores han dado con un fenómeno fundamental. Durante los periodos de gran actividad solar, los agujeros coronales suelen producirse cerca del ecuador, en las proximidades de zonas de gran intensidad de campo magnético. Por tanto, es poco probable que la red coronal que observamos sea un caso aislado".
El equipo espera obtener más información y más detallada de las futuras misiones solares. Algunas de ellas, como la misión Proba-3 de la ESA, prevista para 2024, están equipadas con instrumentos dirigidos a la corona media. El MPS participa en el procesamiento y análisis de los datos de esta misión. Junto con los datos de observación de las sondas actualmente en funcionamiento, como la Parker Solar Probe de la NASA y la Solar Orbiter de la ESA, que salen de la línea Tierra-Sol, esto permitirá comprender mejor la estructura tridimensional de la red coronal.
Fuentes, créditos y referencias:
Fuente: Sociedad Max Planck