Las llamaradas solares son explosiones violentas en el sol que arrojan partículas cargadas de alta energía, a veces hacia la Tierra, donde interrumpen las comunicaciones y ponen en peligro a satélites y astronautas.

Pero como descubrieron los científicos en 1996, Las llamaradas también pueden crear actividad sísmica (terremotos) liberando ondas acústicas impulsivas que penetran profundamente en el interior del sol.

Si bien la relación entre las erupciones solares y los terremotos sigue siendo un misterio, Los nuevos hallazgos sugieren que estos "transitorios acústicos" —y las ondas superficiales que generan— pueden decirnos mucho sobre las erupciones y algún día pueden ayudarnos a pronosticar su tamaño y gravedad.

Un equipo de físicos de Estados Unidos, Colombia y Australia han descubierto que parte de la energía acústica liberada por una llamarada en 2011 emanó de aproximadamente 1, 000 kilómetros debajo de la superficie solar, la fotosfera, y por lo tanto, muy por debajo de la llamarada solar que provocó el terremoto.

Los resultados, publicado el 21 de septiembre en The Cartas de revistas astrofísicas , provienen de una técnica de diagnóstico llamada holografía heliosísmica, introducido a fines del siglo XX por la científica francesa Françoise Roddier y desarrollado ampliamente por los científicos estadounidenses Charles Lindsey y Douglas Braun, ahora en NorthWest Research Associates en Boulder, Colorado, y coautores del artículo.

La holografía heliosísmica permite a los científicos analizar las ondas acústicas desencadenadas por las bengalas para sondear sus fuentes. tanto como las ondas sísmicas de los mega terremotos en la Tierra permiten a los sismólogos localizar sus epicentros. La técnica se aplicó por primera vez a los transitorios acústicos liberados por las bengalas por un estudiante graduado en Rumania, Alina-Catalina Donea, bajo la supervisión de Lindsey y Braun. Donea se encuentra ahora en la Universidad de Monash en Melbourne, Australia.

"Es el primer diagnóstico heliosísmico diseñado específicamente para discriminar directamente las profundidades de las fuentes que reconstruye, así como sus ubicaciones horizontales, "Dijo Braun.

"No podemos ver el interior del sol directamente. Es opaco a los fotones que nos muestran la atmósfera exterior del sol, de donde puedan escapar para alcanzar nuestros telescopios, "dijo el coautor Juan Camilo Buitrago-Casas, una Universidad de California, Berkeley, estudiante de doctorado en física de Colombia. "La forma en que podemos saber qué sucede dentro del sol es a través de ondas sísmicas que hacen ondas en la superficie solar similares a las causadas por los terremotos en nuestro planeta. Una gran explosión, como una bengala, puede inyectar un potente pulso acústico al sol, cuya firma posterior podemos utilizar para mapear su fuente con cierto detalle. El gran mensaje de este artículo es que la fuente de al menos parte de este ruido está profundamente sumergida. Estamos informando sobre la fuente más profunda de ondas acústicas conocida hasta ahora en el sol ".

Cómo los terremotos producen ondas en la superficie del sol

Las explosiones acústicas que provocan los terremotos en algunas llamaradas irradian ondas acústicas en todas direcciones, principalmente hacia abajo. A medida que las ondas que viajan hacia abajo se mueven a través de regiones de temperatura cada vez mayor, sus caminos están torcidos por la refracción, finalmente regresando a la superficie, donde crean ondas como las que se ven después de arrojar un guijarro a un estanque. El tiempo entre la explosión y la llegada de las ondas es de unos 20 minutos.

"Las ondas, luego, no son solo un fenómeno superficial, pero la firma superficial de ondas que se han adentrado profundamente por debajo de la región activa y luego regresan a la superficie periférica en la hora siguiente, "Dijo Lindsey. El análisis de las ondas de la superficie puede identificar el origen de la explosión.

"Se ha supuesto ampliamente que las ondas liberadas por las erupciones acústicamente activas se inyectan en el interior solar desde arriba. Lo que estamos encontrando es una fuerte indicación de que parte de la fuente está muy por debajo de la fotosfera, "dijo Juan Carlos Martínez Oliveros, investigador de física solar en el Laboratorio de Ciencias Espaciales de UC Berkeley y oriundo de Colombia. "Parece que las bengalas son las precursoras, o disparador, del transitorio acústico liberado. Hay algo más que está sucediendo dentro del sol que está generando al menos una parte de las ondas sísmicas ".

"Utilizando una analogía de la medicina, lo que nosotros (los físicos solares) estábamos haciendo antes es como usar rayos X para ver una instantánea del interior del sol. Ahora, estamos intentando hacer una tomografía computarizada, para ver el interior solar en tres dimensiones, "agregó Martínez Oliveros.

Los colombianos, incluyendo a los estudiantes Ángel Martínez y Valeria Quintero Ortega de la Universidad Nacional de Colombia, en Bogotá, son coautores del artículo de ApJ Letters con su supervisor, Benjamín Calvo-Mozo, profesor asociado de astronomía.

"Sabemos de las ondas acústicas de las llamaradas desde hace poco más de 20 años, y hemos estado imaginando sus fuentes horizontalmente desde ese momento. Pero solo recientemente hemos descubierto que algunas de esas fuentes están sumergidas debajo de la superficie solar, ", dijo Lindsey." Esto puede ayudar a explicar un gran misterio:algunas de estas ondas acústicas han emanado de lugares que carecen de perturbaciones superficiales locales que podemos ver directamente en la radiación electromagnética. Nos hemos preguntado durante mucho tiempo cómo puede suceder esto ".

Un sol sísmicamente activo

Durante más de 50 años, Los astrónomos han sabido que el sol reverbera con ondas sísmicas, muy parecido a la Tierra y su constante zumbido de actividad sísmica. Esta actividad, que puede ser detectado por el desplazamiento Doppler de la luz que emana de la superficie, se entiende que es impulsado por tormentas convectivas que forman un mosaico de gránulos del tamaño de Texas, cubriendo la superficie del sol y retumbando continuamente.

En medio de este ruido de fondo Las regiones magnéticas pueden desencadenar violentas explosiones que liberan ondas que crean las espectaculares ondulaciones que luego aparecen en la superficie del sol en la hora siguiente. como lo descubrieron hace 24 años los astrónomos Valentina Zharkova y Alexander Kosovichev.

A medida que se han descubierto más terremotos, la sismología de llamaradas ha florecido, al igual que las técnicas para explorar su mecánica y su posible relación con la arquitectura del flujo magnético subyacente a las regiones activas.

Entre las preguntas abiertas:¿Qué llamaradas producen y no sismos? ¿Pueden ocurrir los terremotos sin una llamarada? ¿Por qué los terremotos emanan principalmente de los bordes de las manchas solares? o penumbrae? ¿Producen temblores las bengalas más débiles? ¿Cuál es el límite inferior?

Hasta ahora, la mayoría de las erupciones solares se han estudiado como excepcionales, desde fuertes llamaradas, incluso en épocas de máxima actividad solar, puede ocurrir solo unas pocas veces al año. El enfoque inicial fue el más grande, o clase X, bengalas clasificados por la intensidad de los rayos X suaves que emiten. Buitrago-Casas, quien obtuvo su licenciatura y maestría en la Universidad Nacional de Colombia, se asoció con Lindsey y Martínez Oliveros para realizar un estudio sistemático de erupciones solares relativamente débiles para aumentar su base de datos, para una mejor comprensión de la mecánica de los terremotos.

De las 75 llamaradas capturadas entre 2010 y 2015 por el satélite RHESSI, un satélite de rayos X de la NASA diseñado, construido y operado por el Laboratorio de Ciencias Espaciales y retirado en 2018—18 produjeron terremotos. Uno de los transitorios acústicos de Buitrago-Casas, el que soltó la bengala del 30 de julio, 2011, llamó la atención de los estudiantes de pregrado Martínez, ahora un estudiante de posgrado, y Quintero Ortega.

"Les dimos a nuestros estudiantes colaboradores de la Universidad Nacional la lista de bengalas de nuestra encuesta. Fueron los primeros que dijeron:'Mira este. ¡Es diferente! ¿Qué pasó aquí? '”, Dijo Buitrago-Casas.“ Y así, nos dimos cuenta. ¡Fue muy emocionante! "

Martínez and Quintero Ortega are the first authors on a paper describing the extreme impulsivity of the waves released by that flare of July 30, 2011, that appeared in the May 20, 2020, issue of The Cartas de revistas astrofísicas . These waves had spectral components that gave the researchers unprecedented spatial resolution of their source distributions.

Thanks to superb data from NASA's Solar Dynamics Observatory satellite, the team was able to pinpoint the source of the explosion that generated the seismic waves 1, 000 kilometers below the photosphere. This is shallow, relative to the sun's radius of nearly 700, 000 kilometers, but deeper than any previously known acoustic source in the sun.

A source submerged below the sun's photosphere with its own morphology and no conspicuous directly overlying disturbance in the outer atmosphere suggests that the mechanism that drives the acoustic transient is itself submerged.

"It may work by triggering a compact explosion with its own energy source, like a remotely triggered earthquake, " Lindsey said. "The flare above shakes something beneath the surface, and then a very compact unit of submerged energy gets released as acoustic sound, " he said. "There is no doubt that the flare is involved, it's just that the existence of this deep compact source suggests the possibility of a separate, distinctive, compacto, submerged energy source driving the emission."

About half of the medium-sized solar flares that Buitrago-Casas and Martínez Oliveros have catalogued have been associated with sunquakes, showing that they commonly occur together. The team has since found other submerged sources associated with even weaker flares.

The discovery of submerged acoustic sources opens the question of whether there are instances of acoustic transients being released spontaneously, with no surface disturbance, or no flare, en absoluto.

"If sunquakes can be generated spontaneously in the sun, this might lead us to a forecasting tool, if the transient can come from magnetic flux that has yet to break the sun's surface, " Martínez Oliveros said. "We could then anticipate the inevitable subsequent emergence of that magnetic flux. We may even forecast some details about how large an active region is about to appear and what type—even, posiblemente, what kinds of flares—it might produce. This is a long shot, but well worth looking into."