Redacción

En un estudio publicado en la revista Nature Astronomy, un equipo internacional de investigadores ha presentado una nueva y detallada mirada al interior del “motor central” de una gran llamarada solar acompañada de una poderosa erupción capturada por primera vez el 10 de septiembre de 2017 por el Owens Valley Solar Array (EOVSA), una instalación de radiotelescopios solares operada por el Centro para la Investigación Solar-Terrestre (CSTR) del Instituto Tecnológico de Nueva Jersey (NJIT).

Los nuevos resultados, basados en las observaciones de EOVSA del evento en longitudes de onda de microondas, ofrecen las primeras mediciones caracterizando los campos magnéticos y las partículas en el corazón de la explosión. Los resultados han revelado una enorme “capa” de corriente eléctrica que se extiende más de 40.000 kilómetros a través de la región del núcleo de la llamarada, donde las líneas de campo magnético opuestas se acercan entre sí, se rompen y se reconectan, generando la intensa energía que alimenta la llamarada.

Notablemente, las mediciones del equipo también indican una estructura magnética parecida a una botella ubicada en la parte superior de la base en forma de lazo de la llamarada (conocida como la arcada de la llamarada) a una altura de casi 20.000 kilómetros sobre la superficie del Sol. La estructura, sugiere el equipo, es probablemente el sitio primario donde los electrones altamente energéticos de la llamarada son atrapados y acelerados hasta casi la velocidad de la luz.

Los investigadores dicen que el estudio sobre el motor central que impulsa tan poderosas erupciones podría ayudar a las futuras predicciones del clima espacial en cuanto a las potenciales y catastróficas liberaciones de energía de las erupciones solares, las explosiones más poderosas del sistema solar, capaces de perturbar gravemente las tecnologías en la Tierra como las operaciones de los satélites, la navegación GPS y los sistemas de comunicación, entre muchas otras.

Observación de una gran erupción solar el 10 de septiembre de 2017 en el ultravioleta extremo (fondo en escala de grises, por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA) y microondas (de rojo a azul, indicando frecuencias crecientes, observadas por el Expanded Owens Valley Solar Array). (Foto: CSTR/NJIT, B. Chen, S. Yu; NASA Solar Dynamics Observatory)

“Uno de los principales objetivos de esta investigación es comprender mejor la física fundamental de las erupciones solares”, dijo Bin Chen, autor principal del artículo y profesor de física en el NJIT. “Se ha sugerido durante mucho tiempo que la repentina liberación de energía magnética a través de la capa de corriente de reconexión es responsable de estas grandes erupciones, sin embargo no ha habido ninguna medición de sus propiedades magnéticas. Con este estudio hemos medido finalmente los detalles del campo magnético de una capa de corriente por primera vez, dándonos una nueva comprensión del motor central de las grandes erupciones del Sol.”

“El lugar donde se almacena y se libera toda la energía en las erupciones solares ha sido invisible hasta ahora. Para jugar con un término de la cosmología, es el ‘problema de la energía oscura del Sol’, y anteriormente hemos tenido que inferir indirectamente que la capa de reconexión magnética de la llamarada existía”, dijo Dale Gary, director de EOVSA en NJIT y co-autor del artículo. “Las imágenes de EOVSA hechas en muchas frecuencias de microondas mostraron que podemos capturar emisiones de radio para iluminar esta importante región. Una vez que tuvimos esos datos, y las herramientas de análisis creadas por los coautores Gregory Fleishman y Gelu Nita, pudimos empezar a analizar la radiación para permitir estas mediciones”.

A principios de este año, en la revista Science, el equipo informó que finalmente podría proporcionar mediciones cuantitativas de la evolución de la fuerza del campo magnético directamente después de la ignición de la llamarada.

Continuando con su investigación, el último análisis del equipo combinó simulaciones numéricas realizadas en el Centro de Astrofísica de Harvard y el Smithsonian (CfA) con las observaciones de imágenes espectrales de EOVSA y datos de múltiples longitudes de onda — abarcando desde las ondas de radio hasta los rayos X — recogidos de una llamarada solar de tamaño X8.2. La erupción es la segunda más grande que ha ocurrido en los últimos 11 años del ciclo solar, ocurriendo con una rápida eyección de masa coronal (CME) que produjo un choque a gran escala en la corona solar superior.

Entre las sorpresas del estudio, los investigadores encontraron que el perfil medido del campo magnético a lo largo de la capa actual de la llamarada presentaba predicciones muy parecidas a las de las simulaciones numéricas del equipo, que se basaban en un modelo teórico muy conocido para explicar la física de las llamaradas solares, propuesto por primera vez en la década de 1990 con una forma analítica.

“Nos sorprendió que el perfil de campo magnético medido de la capa actual coincidiera maravillosamente con la predicción teórica hecha hace décadas”, dijo Chen.

Las mediciones del equipo y los resultados de la simulación revelaron que la capa de corriente de la llamarada presenta un campo eléctrico que produce unos impactantes 4.000 voltios por metro. El campo eléctrico tan fuerte está presente en una región de 40.000 kilómetros, mayor que la longitud de tres Tierras colocadas juntas una al lado de la otra.

El análisis también mostró una enorme cantidad de energía magnética que está siendo bombeada a la capa actual. La cantidad de energía que está siendo procesada en el motor de la llamarada, dentro de cada segundo, es equivalente a la energía total liberada por la explosión de alrededor de cien mil de las más poderosas bombas de hidrógeno al mismo tiempo.

“Una liberación de energía tan enorme en la capa actual es alucinante. El fuerte campo eléctrico generado allí puede fácilmente acelerar los electrones a energías relativistas, pero el hecho inesperado que encontramos fue que el perfil del campo eléctrico en la región de la capa de corriente no coincidía con la distribución espacial de los electrones relativistas que medimos”, dijo Chen. “En otras palabras, algo más tenía que estar en juego para acelerar o redirigir estos electrones. Lo que nuestros datos mostraron fue que una ubicación especial en la parte inferior de la capa de corriente – la botella magnética – parece ser crucial para producir o confinar los electrones relativistas”.

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