Un modelo actualizado sugiere la forma de la burbuja de influencia del Sol, la heliosfera (vista en amarillo), puede tener forma de croissant desinflado, en lugar de la forma de cometa de cola larga sugerida por otras investigaciones. Crédito:Opher, et al.
Los científicos han desarrollado una nueva predicción de la forma de la burbuja que rodea nuestro sistema solar utilizando un modelo desarrollado con datos de misiones de la NASA.
Todos los planetas de nuestro sistema solar están encerrados en una burbuja magnética, esculpido en el espacio por el material que fluye constantemente del Sol, el viento solar. Fuera de esta burbuja está el medio interestelar:el gas ionizado y el campo magnético que llena el espacio entre los sistemas estelares de nuestra galaxia. Una pregunta que los científicos han intentado responder durante años es la forma de esta burbuja, que viaja a través del espacio mientras nuestro Sol orbita el centro de nuestra galaxia. Tradicionalmente, Los científicos han pensado en la heliosfera como una forma de cometa, con un borde de ataque redondeado, llamado la nariz, y una larga cola detrás.
Investigación publicada en Astronomía de la naturaleza en marzo y que aparece en la portada de la revista de julio ofrece una forma alternativa que carece de esta larga cola:el croissant desinflado.
La forma de la heliosfera es difícil de medir desde dentro. El borde más cercano de la heliosfera está a más de diez mil millones de millas de la Tierra. Solo las dos naves espaciales Voyager han medido directamente esta región, dejándonos con solo dos puntos de datos reales sobre la forma de la heliosfera.
Algunas investigaciones sugieren que la heliosfera tiene una cola larga, como un cometa, aunque un nuevo modelo apunta a una forma que carece de esta larga cola. Crédito:Estudio de visualización científica de la NASA / Laboratorio de imágenes conceptuales
Desde cerca de la Tierra, estudiamos nuestro límite con el espacio interestelar capturando y observando partículas que vuelan hacia la Tierra. Esto incluye partículas cargadas que provienen de partes distantes de la galaxia, llamados rayos cósmicos galácticos, junto con los que ya estaban en nuestro sistema solar, viajar hacia la heliopausa, y son devueltos a la Tierra a través de una compleja serie de procesos electromagnéticos. Estos se llaman átomos neutros energéticos, y debido a que se crean al interactuar con el medio interestelar, actúan como un proxy útil para mapear el borde de la heliosfera. Así es como el Explorador de límites interestelares de la NASA, o IBEX, la misión estudia la heliosfera, haciendo uso de estas partículas como una especie de radar, trazando el límite de nuestro sistema solar hasta el espacio interestelar.
Para dar sentido a estos datos complejos, los científicos utilizan modelos informáticos para convertir estos datos en una predicción de las características de la heliosfera. Merav Opher, autor principal de la nueva investigación, dirige un Centro de Ciencias DRIVE financiado por la NASA y la NSF en la Universidad de Boston, que se centra en el desafío.
Esta última iteración del modelo de Opher utiliza datos de misiones científicas planetarias de la NASA para caracterizar el comportamiento del material en el espacio que llena la burbuja de la heliosfera y obtener otra perspectiva de sus fronteras. La misión Cassini de la NASA llevó un instrumento, diseñado para estudiar partículas atrapadas en el campo magnético de Saturno, que también hizo observaciones de partículas rebotando hacia el interior del sistema solar. Estas medidas son similares a las del IBEX, pero proporcionan una perspectiva distinta sobre el límite de la heliosfera.
Para comprender la habitabilidad potencial de los exoplanetas, puede ayudar a los científicos a saber si nuestra heliosfera se parece más a la astrosfera relativamente acortada de BZ Cam (izquierda), la larga astrosfera de Mira (derecha), o tiene otra forma completamente. Crédito:NASA / Casalegno / GALEX
Adicionalmente, La misión New Horizons de la NASA ha proporcionado mediciones de iones captadores, partículas que se ionizan en el espacio y se recogen y se mueven junto con el viento solar. Debido a sus distintos orígenes de las partículas de viento solar que salen del Sol, Los iones captadores son mucho más calientes que otras partículas del viento solar, y es de este hecho de lo que depende el trabajo de Opher.
"Hay dos fluidos mezclados. Tienes un componente que está muy frío y un componente que está mucho más caliente, los iones captadores, "dijo Opher, profesor de astronomía en la Universidad de Boston. "Si tiene algo de líquido frío y líquido caliente, y los pones en el espacio, no se mezclarán, evolucionarán principalmente por separado. Lo que hicimos fue separar estos dos componentes del viento solar y modelar la forma tridimensional resultante de la heliosfera ".
Considerando los componentes del viento solar por separado, combinado con el trabajo anterior de Opher utilizando el campo magnético solar como fuerza dominante en la configuración de la heliosfera, creó una forma de croissant desinflado, con dos chorros que se alejan de la parte central bulbosa de la heliosfera, y carece notablemente de la cola larga predicha por muchos científicos.
"Debido a que los iones captadores dominan la termodinámica, todo es muy esférico. Pero debido a que abandonan el sistema muy rápidamente después del choque de terminación, toda la heliosfera se desinfla, "dijo Opher.
Un modelo actualizado sugiere la forma de la burbuja de influencia del Sol, la heliosfera (vista en amarillo), puede tener forma de croissant desinflado, en lugar de la forma de cometa de cola larga sugerida por otras investigaciones. Crédito:Opher, et al.
La forma de nuestro escudo
La forma de la heliosfera es más que una cuestión de curiosidad académica:la heliosfera actúa como escudo de nuestro sistema solar contra el resto de la galaxia.
Eventos energéticos en otros sistemas estelares, como una supernova, puede acelerar las partículas a casi la velocidad de la luz. Estas partículas salen disparadas en todas direcciones, incluso en nuestro sistema solar. Pero la heliosfera actúa como un escudo:absorbe alrededor de las tres cuartas partes de estas partículas tremendamente energéticas, llamados rayos cósmicos galácticos, que entrarían en nuestro sistema solar.
Aquellos que lo logran pueden causar estragos. Estamos protegidos en la Tierra por el campo magnético y la atmósfera de nuestro planeta, pero la tecnología y los astronautas en el espacio o en otros mundos están expuestos. Tanto la electrónica como las células humanas pueden resultar dañadas por los efectos de los rayos cósmicos galácticos, y debido a que los rayos cósmicos galácticos transportan tanta energía, son difíciles de bloquear de una manera que sea práctica para los viajes espaciales. La heliosfera es la principal defensa de los viajeros espaciales contra los rayos cósmicos galácticos, por lo que comprender su forma y cómo eso influye en la velocidad de los rayos cósmicos galácticos que golpean nuestro sistema solar es una consideración clave para planificar la exploración espacial robótica y humana.
Algunas investigaciones sugieren que la heliosfera tiene una cola larga, como un cometa, aunque un nuevo modelo apunta a una forma que carece de esta larga cola. Crédito:Estudio de visualización científica de la NASA / Laboratorio de imágenes conceptuales
Para comprender la habitabilidad potencial de los exoplanetas, puede ayudar a los científicos a saber si nuestra heliosfera se parece más a la astrosfera relativamente acortada de BZ Cam (izquierda), la larga astrosfera de Mira (derecha), o tiene otra forma completamente. Crédito:NASA / Casalegno / GALEX
La forma de la heliosfera también es parte del rompecabezas para buscar vida en otros mundos. La radiación dañina de los rayos cósmicos galácticos puede hacer que un mundo sea inhabitable, un destino evitado en nuestro sistema solar debido a nuestro fuerte escudo celestial. A medida que aprendamos más sobre cómo nuestra heliosfera protege nuestro sistema solar, y cómo esa protección puede haber cambiado a lo largo de la historia del sistema solar, podemos buscar otros sistemas estelares que puedan tener una protección similar. Y parte de eso es la forma:¿son nuestras formas de cometas de cola larga parecidas a heliosféricos? croissants desinflados, o algo completamente diferente?
Cualquiera que sea la verdadera forma de la heliosfera, una próxima misión de la NASA será de gran ayuda para resolver estas preguntas:la sonda de aceleración y mapeo interestelar, o IMAP.
IMAP, programado para su lanzamiento en 2024, mapeará las partículas que regresan a la Tierra desde los límites de la heliosfera. IMAP se basará en las técnicas y descubrimientos de la misión IBEX para arrojar nueva luz sobre la naturaleza de la heliosfera, espacio interestelar, y cómo los rayos cósmicos galácticos llegan a nuestro sistema solar.
El DRIVE Science Center de Opher tiene como objetivo crear un modelo comprobable de la heliosfera a tiempo para el lanzamiento de IMAP. Sus predicciones de la forma y otras características de la heliosfera, y cómo eso se reflejaría en las partículas que fluyen desde el límite, proporcionarían una línea de base para que los científicos la comparen con los datos de IMAP.
