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    El IBEX de la NASA traza 11 años de cambio en el límite del espacio interestelar

    La heliosfera, la burbuja cósmica que envuelve nuestro sol y todos los planetas de nuestro sistema solar, marca el límite donde las partículas que salen de nuestro sol (conocidas colectivamente como viento solar) chocan con el medio interestelar. Durante más de 11 años:un ciclo solar completo, de alta actividad de manchas solares a baja actividad de manchas solares y viceversa:David McComas y su equipo han estado analizando datos de IBEX, el Explorador de límites interestelares, estudiar la forma y el carácter de la heliosfera. Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

    Mucho más allá de las órbitas de los planetas están los contornos nebulosos de la heliosfera, la burbuja magnética en el espacio que llamamos hogar. Esta burbuja cósmica flexible se estira y encoge en respuesta a los jadeos y suspiros del sol.

    Ahora, por primera vez, un equipo de científicos dirigido por David McComas de Princeton ha recopilado un ciclo solar completo de datos de la nave espacial IBEX de la NASA, que utilizaron para estudiar cómo cambia la heliosfera con el tiempo. Los ciclos solares duran aproximadamente 11 años, a medida que el sol cambia de temporadas de alta a baja actividad y viceversa. Los científicos estaban ansiosos por utilizar el récord de 11 años del IBEX para observar los cambios en el borde de la heliosfera. Los resultados muestran la forma de la heliosfera, un tema de debate en los últimos años, e insinúan procesos detrás de una de sus características más desconcertantes. Estos hallazgos, junto con un conjunto de datos recientemente ajustado, fueron publicados en Los suplementos de la revista astrofísica el 10 de junio.

    "Es esta misión muy pequeña, "dijo McComas, el investigador principal de la misión y profesor de ciencias astrofísicas. CABRA MONTÉS, abreviatura de Interstellar Boundary Explorer, es del tamaño de una llanta de autobús. "Ha tenido un gran éxito, durando mucho más de lo que nadie anticipó. Tenemos suerte ahora de tener un ciclo solar completo de observaciones ".

    Mapeando el borde del sistema solar, una partícula a la vez

    La burbuja de la heliosfera está llena de viento solar, el flujo constante de partículas cargadas del sol. El viento solar se precipita en todas direcciones, un millón de millas por hora, hasta chocar contra el medio interestelar, vientos de otras estrellas que llenan el espacio entre ellos.

    Mientras el sol atraviesa el medio interestelar, genera un calor, ola densa muy parecida a la ola de proa de un barco. El entorno cósmico de nuestra heliosfera se conoce como la Pelusa Local, una nube de gases supercalientes. Donde el viento solar se encuentra con la Pelusa Local es el borde de la heliosfera, llamada heliopausa. Justo dentro de eso se encuentra una región turbulenta llamada heliovaina.

    IBEX se centra en partículas diminutas llamadas átomos neutros energéticos que se crean cuando están calientes, partículas cargadas como las del viento solar chocan con neutrales fríos como los que fluyen desde el espacio interestelar. Las ágiles partículas de viento solar pueden arrebatar electrones a los pesados ​​átomos interestelares, volviéndose neutrales ellos mismos.

    Se necesita aproximadamente un año para que una ráfaga de viento solar atraviese los planetas, más allá del cinturón de asteroides y el cinturón de Kuiper, hasta el borde de la heliosfera, un viaje 100 veces mayor que la distancia entre el sol y la Tierra. Por el camino, el viento solar recoge átomos ionizados de gases interestelares que se han infiltrado en la heliosfera. El viento solar que llega al borde no es el mismo viento que dejó el sol un año antes.

    Las partículas de viento solar podrían pasar otros seis meses recorriendo el caos de la heliovaina, el abismo entre los dos límites exteriores de la heliosfera. Inevitablemente, algunos chocan con los gases interestelares y se vuelven energéticamente neutrales. Se necesitan las partículas neutras cerca de otro año para el viaje de regreso, atravesar el espacio desde el borde de la heliosfera de regreso al IBEX, y eso solo si las partículas se dirigen precisamente en la dirección correcta. De todas las partículas neutras formadas, solo unos pocos llegan al IBEX. Todo el viaje toma de dos a tres años para las partículas de mayor energía en el rango de observación del IBEX, e incluso más a energías más bajas o regiones más distantes.

    IBEX aprovecha el hecho de que los átomos neutros como estos no son desviados por el campo magnético del sol:partículas neutrales frescas se separan de las colisiones en casi una línea recta.

    IBEX examina los cielos en busca de partículas, notando su dirección y energía. La nave espacial solo detecta uno cada dos segundos. El resultado es un mapa de construcción lenta del límite interestelar, Elaborado a partir del mismo principio que utiliza un murciélago para ecolocalizar su camino a través de la noche:monitorear las señales entrantes para aprender constantemente más sobre el entorno de uno. Al estudiar de dónde vienen los neutrales, y cuando, IBEX puede rastrear los límites remotos de nuestra heliosfera.

    "Tenemos mucha suerte de observar esto desde el interior de la heliosfera, "dijo Justyna Sokół, quien fue becario visitante del programa NAWA Bekker en Princeton de 2019 a 2020.

    Utilizando los datos de más de 11 años de IBEX, McComas y su equipo observaron el viento solar en constante cambio. Vieron que cuando el viento sopla, la heliosfera se infla como un globo, y las partículas neutras surgen en las franjas exteriores. Cuando el viento se calme, el globo se contrae; las partículas neutras disminuyen. El consiguiente vaivén de partículas neutras, los científicos informaron, se repitió constantemente dos o tres años después de los cambios en el viento, lo que refleja su viaje al borde del sistema solar y de regreso.

    "Se necesitan muchos años para que estos efectos lleguen al borde de la heliosfera, "dijo Jamey Szalay, investigador asociado en astrofísica y miembro del equipo del IBEX. "Tener tantos datos del IBEX finalmente nos permite hacer estas correlaciones a largo plazo".

    Dando forma a la heliosfera

    De 2009 a 2014, el viento soplaba bastante bajo y constante, una suave brisa. La heliosfera se contrajo. Luego vino un oleaje sorpresa en el viento solar, como si el sol lanzara un gran suspiro. A finales de 2014, La nave espacial de la NASA que orbitaba la Tierra detectó que la presión del viento solar aumentaba en aproximadamente un 50 por ciento, y se ha mantenido alta desde entonces.

    Dos años después, el viento solar ondulante provocó una ráfaga de partículas neutras en la heliovaina. Otros dos años después, llenaron la mayor parte de la nariz de la heliosfera antes de coronar los polos norte y sur de la heliosfera.

    Estos cambios no fueron simétricos. Cada golpe observado trazaba las peculiaridades de la forma de la heliosfera. Los científicos se sorprendieron de la claridad con la que vieron la onda de proa del viento solar empujando la heliopausa.

    "El tiempo y las partículas neutrales realmente han pintado las distancias en forma de heliosfera para nosotros, "dijo McComas, quien también es vicepresidente de Princeton para el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton.

    IBEX aún no ha observado los efectos de este suspiro cósmico desde el fondo de la heliosfera, el heliotail. Eso sugiere que el extremo de la cola está mucho más lejos del sol que el frente; esas partículas están en un viaje mucho más largo. Quizás la marejada del viento solar todavía se precipita hacia la cola, o tal vez las partículas neutras ya están regresando. En los próximos años, el equipo del IBEX estará pendiente de ellos.

    La heliosfera, la burbuja cósmica que rodea nuestro sol y nuestro sistema solar. Mientras la heliosfera atraviesa el espacio interestelar, se forma un arco de choque, similar a la ola de proa de un barco que se mueve a través del océano. Los astrónomos conocen el entorno cósmico de nuestra heliosfera (extremo izquierdo) como la Pelusa Local, una nube de gases supercalientes. Donde el viento solar se encuentra con la Pelusa Local es el borde de la heliosfera, llamada heliopausa. Justo dentro de eso se encuentra una región turbulenta llamada heliovaina. También están presentes en esta ilustración las dos naves espaciales Voyager con sus trayectorias aproximadas fuera de la heliosfera. La Voyager I se desvió hacia el norte por encima del plano de las órbitas de los planetas cuando pasó por Saturno en 1980. La Voyager II fue desviada hacia abajo por Neptuno y se dirige hacia el sur por debajo del plano de los planetas. Crédito:Walt Feimer de NASA / Goddard

    "La naturaleza creó este experimento perfecto para que comprendamos mejor este límite, ", Dijo Szalay." Tenemos que ver qué sucede cuando esta gran cosa, el empuje del viento solar, cambia ".

    La forma de la heliosfera ha sido un tema de debate entre los científicos en los últimos años. Algunos han argumentado que nuestra burbuja en el espacio es tan esférica como un globo; otros sugirieron que está más cerca de un croissant. Pero en este estudio, McComas dijo:Los datos del IBEX muestran claramente que la respuesta de la heliosfera al empuje del viento solar fue asimétrica, por lo que la propia heliosfera también debe ser asimétrica. con forma de algo parecido a un cometa. El sol está situado cerca del frente, y mientras se precipita por el espacio, el heliotail sigue significativamente más atrás.

    Abordar el mayor enigma del IBEX

    Los muchos años de datos de IBEX también han acercado a los científicos a una explicación de una de las características más desconcertantes de la heliosfera, conocida como la cinta IBEX, uno de los mayores descubrimientos del IBEX. Anunciado en 2009, se refiere a un vasto, franja diagonal de neutrales energéticos, pintado en el frente de la heliosfera. Los científicos han desconcertado durante mucho tiempo:¿Por qué alguna parte del límite debería ser tan diferente del resto?

    Tiempo extraordinario, IBEX ha indicado que lo que forma la cinta es muy diferente a lo que forma el resto del cielo interestelar. Está formado por la dirección del campo magnético interestelar. Pero, ¿cómo se producen las partículas de cinta? Ahora, los científicos informan que es muy probable que sea un proceso secundario el responsable, haciendo que el viaje de un cierto grupo de partículas neutras energéticas se duplique aproximadamente.

    La historia es la siguiente:después de volverse neutrales enérgicos, en lugar de rebotar hacia IBEX, este grupo de partículas se raya en la dirección opuesta, a través de la heliopausa y hacia el espacio interestelar. Allí, prueban la pelusa local, navegando hasta que algunas chocan inevitablemente con partículas cargadas que pasan, perder un electrón una vez más y quedar atado al campo magnético circundante. Pasan otros dos años, y las partículas cargadas chocan una vez más con pares más lentos, robando electrones como lo han hecho antes. Después de esta breve migración más allá de la heliosfera, los neutrales enérgicos nacidos dos veces finalmente vuelven a entrar, precipitándose de regreso a casa.

    Los datos extendidos de IBEX ayudaron a los científicos a conectar la cinta al largo recorrido interestelar de las partículas. Las partículas que forman la cinta han viajado unos dos años más que el resto de partículas neutras observadas. En lo que respecta al pico de viento solar, la cinta tardó otros dos años después de que el resto de la heliosfera comenzara a responder.

    Superando con creces su misión inicial de dos años, IBEX pronto se unirá a otra misión de la NASA, IMAP:abreviatura de Interstellar Mapping and Acceleration Probe, para lo cual McComas también se desempeña como investigador principal. La misión está programada para lanzarse a fines de 2024.

    "IMAP presents a perfect opportunity to study, with great resolution and sensitivity, what IBEX has begun to show us, so that we will really get a detailed understanding of the physics out there, " McComas said.


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