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| Bucles coronales captados por la nave espacial Transition Region And Coronal Explorer. (NASA) |
Así pues, los detalles de la física a escala cruzada que explican la generación de partículas energéticas y rayos X duros siguen siendo un misterio.
Un nuevo estudio presenta observaciones de un experimento de laboratorio que simula la física del bucle coronal solar. Para comprender mejor cómo las potentes explosiones en la superficie del Sol envían partículas intensas y rayos X al espacio, los científicos han construido bucles coronales en miniatura que recrean en el laboratorio erupciones solares del tamaño de un plátano.
Científicos de Caltech han descubierto cómo estas enormes explosiones lanzan al espacio partículas energéticas y rayos X potencialmente peligrosos simulando erupciones solares a escala del tamaño de un plátano.
Los investigadores podrían explicar de dos maneras cómo y por qué se forman y alteran los bucles. La primera consiste en observar el Sol con la esperanza de captar el fenómeno con suficiente detalle como para proporcionar información útil. La segunda es una simulación de laboratorio de los bucles. Paul Bellan, profesor de física aplicada en Caltech, optó por esta última.
En el laboratorio, Paul Bellan, profesor de física aplicada del Caltech, construyó una cámara de vacío con dos electrodos en su interior. Creó un pequeño bucle de corona solar utilizando electrodos para imitar el fenómeno, cargando primero un condensador con energía suficiente para hacer funcionar brevemente la ciudad de Pasadena. Cada bucle dura unos 10 microsegundos y tiene una longitud de unos 20 centímetros (cm) y un diámetro de aproximadamente 1 cm. Pero estructuralmente, los bucles de Bellan son idénticos a los reales, lo que les ofrece a él y a sus colegas la oportunidad de simularlos y estudiarlos a voluntad.
Según Bellan, "cada experimento consume aproximadamente tanta energía como la necesaria para hacer funcionar una bombilla de 100 vatios durante un minuto, y se tarda sólo un par de minutos en cargar el condensador: cada bucle con una cámara es capaz de tomar 10 millones de fotogramas por segundo".
A continuación, Bellan estudia las imágenes resultantes.
Yang Zhang, estudiante de posgrado y autor principal del estudio, afirma: "Si se disecciona un trozo de cuerda, se ve que está formado por trenzas de hebras individuales. Si las separas, verás que están formadas por trenzas aún más pequeñas, y así sucesivamente. Los bucles de plasma parecen funcionar de la misma manera".
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| Comparación entre los bucles coronales en el Sol (arriba) y en el laboratorio (abajo), ambos desarrollan una inestabilidad de pliegue y se rompen, dando lugar a rayos X. (Zhang et al., Nat. Astron., 2023) |
Resulta que la estructura desempeña un papel crucial en la producción de partículas energéticas y estallidos de rayos X relacionados con las erupciones solares. Pensemos en los letreros de neón, que están hechos de plasma y se iluminan cuando la electricidad viaja a través de ellos. El plasma es un potente conductor eléctrico. Sin embargo, un bucle de la corona solar se vuelve inestable cuando una cantidad excesiva de corriente intenta pasar a través de él. El bucle se tuerce, se vuelve inestable en forma de sacacorchos y los filamentos se separan. Las hebras supervivientes sufren entonces la tensión de cada nueva hebra rota.
Seth Pree, investigador postdoctoral asociado en física aplicada y ciencia de los materiales, dijo: "Como una banda elástica estirada demasiado, el bucle se alarga y se hace más delgado hasta que las hebras simplemente se rompen".
Tras estudiar el proceso microsegundo a microsegundo, los científicos observaron un pico negativo de tensión asociado a una ráfaga de rayos X en el momento preciso en que una hebra se rompía. Este pico de tensión es comparable a la caída de presión que se produce en el lugar de la constricción de una tubería de agua. Las partículas cargadas son aceleradas a energías extremadamente altas por el campo eléctrico de este pico de tensión, y cuando las partículas energéticas se desaceleran, se liberan rayos X.
Fuentes, créditos y referencias:
CalTech - Yang Zhang et al, Generation of laboratory nanoflares from multiple braided plasma loops, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01941-x