En la imagen obtenida con el espectrógrafo IRIS de la NASA, Se puede ver en el lecho o limbo del Sol la multitud de chorros que saltan a la superficie. En la imagen central, el modelo numérico es capaz de reproducir los chorros. En la imagen de abajo, tomada con el Telescopio Solar Sueco del Observatorio Roque de los Muchachos (La Palma), Los chorros se observan en el disco solar como estructuras filamentosas de corta duración y se reflejan en el espectro desplazado a azul porque se van acercando a la Tierra. Crédito:Telescopio Solar Sueco del Observatorio Roque de los Muchachos (La Palma)
Combinando observaciones y simulaciones por computadora, un nuevo modelo muestra que la presencia de neutros en el gas facilita que los campos magnéticos penetren a través de la superficie del Sol produciendo las espículas. En este estudio, dirigido por un astrofísico que estudió en la Universidad de La Laguna, Participó el Telescopio Solar Sueco del Observatorio Roque de los Muchachos en La Palma.
En cualquier momento dado, hasta 10 millones de serpientes salvajes de material solar saltan de la superficie del sol. Estas son espículas, y a pesar de su abundancia, los científicos no entendieron cómo se forman estos chorros de plasma ni influyeron en el calentamiento de las capas externas de la atmósfera del sol o el viento solar. Ahora, por primera vez, en un estudio financiado en parte por la NASA, los científicos han modelado la formación de espículas. Por primera vez, un equipo científico ha revelado su naturaleza combinando simulaciones e imágenes tomadas con el espectrógrafo IRIS de la NASA y el Telescopio Solar Sueco del Observatorio Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). El estudio, dirigido por el Dr. Juan Martinez-Sykora, investigador del Laboratorio de Astrofísica y Solar de Lockheed Martin (California) y astrofísico de la Universidad de La Laguna (ULL), se publica hoy en la revista Ciencias .
Las observaciones se realizaron con IRIS (espectrógrafo de imágenes de la región de interfaz de la NASA), un telescopio espacial ultravioleta de 20 cm con un espectrógrafo capaz de observar detalles de unos 240 km, y el telescopio solar sueco, ubicado en el Observatorio Roque de los Muchachos. Esta nave espacial y el telescopio terrestre estudian las capas inferiores de la atmósfera solar, donde se forman las espículas:cromosfera y la región de transición
Además de las imágenes, utilizaron simulaciones por ordenador cuyo código se desarrolló durante casi una década. "En nuestra investigación, "dice el profesor Bart De Pontieu, también autor del estudio, "ambos van de la mano". Comparamos observaciones y modelos para averiguar qué tan bien funcionan nuestros modelos, así como también cómo debemos interpretar nuestras observaciones basadas en el espacio ".
Su modelo se basa en la dinámica del plasma, el gas caliente de partículas cargadas que fluye a lo largo de los campos magnéticos y constituye el sol. Las versiones anteriores del modelo trataban la región de la interfaz como un uniforme, o completamente cargada, plasma, pero los científicos sabían que faltaba algo porque nunca vieron espículas en las simulaciones.
El modelo que generaron se basa en la dinámica del plasma, un gas parcialmente ionizado muy caliente que fluye a lo largo de los campos magnéticos. Las versiones anteriores consideraban que la atmósfera inferior era un plasma uniforme o completamente cargado, pero sospecharon que faltaba algo ya que nunca detectaron picos en las simulaciones.
La clave, los científicos se dieron cuenta, eran partículas neutras. Se inspiraron en la propia ionosfera de la Tierra, una región de la atmósfera superior donde las interacciones entre partículas neutras y cargadas son responsables de numerosos procesos dinámicos. En regiones más frías del sol, como la región de la interfaz, el plasma no es realmente uniforme. Algunas partículas siguen siendo neutras, y las partículas neutras no están sujetas a campos magnéticos como lo están las partículas cargadas. Los científicos basaron modelos anteriores en un plasma uniforme para simplificar el problema; el modelado es computacionalmente costoso, y el modelo final tardó aproximadamente un año en ejecutarse con los recursos de supercomputación de la NASA, pero se dieron cuenta de que las partículas neutrales son una pieza necesaria del rompecabezas.
"Por lo general, los campos magnéticos están estrechamente acoplados a partículas cargadas, "dijo Juan Martínez-Sykora, autor principal del estudio y físico solar en Lockheed Martin. "Con solo partículas cargadas en el modelo, los campos magnéticos estaban atascados, y no pudo salir a la superficie. Cuando agregamos neutrales, los campos magnéticos podrían moverse con mayor libertad ".
Las partículas neutras facilitan la flotabilidad que los nudos marmoleados de energía magnética necesitan para subir a través del plasma hirviendo y alcanzar la superficie. Allí, se rompen produciendo espículas, liberando plasma y energía. Las simulaciones coincidieron estrechamente con las observaciones; las espículas se produjeron de forma natural y frecuente.
"Este resultado es un claro ejemplo del avance que se puede lograr combinando poderosos métodos teórico-numéricos, Observaciones de última generación y herramientas de supercomputación para comprender mejor los fenómenos astrofísicos ", explica el profesor Fernando Moreno-Insertis, físico solar del IAC, Profesor de la ULL y supervisor de la obra Diploma de Estudios Avanzados (DEA) de Juan Martínez-Sykora. “La gran complejidad de muchos de los fenómenos que ocurren en la atmósfera solar nos obliga a considerar al mismo tiempo la dinámica del gas parcialmente ionizado, el campo magnético y la interacción radiación-materia para poder explicarlos satisfactoriamente ".
"Este resultado es un claro ejemplo de los avances que se pueden lograr combinando poderosos métodos teórico-numéricos, Observaciones de última generación y herramientas de supercomputación para comprender mejor los fenómenos astrofísicos ", explica Fernando Moreno-Insertis, físico solar del IAC, Profesor de la ULL y director de la tesis DEA (equivalente a una tesis de maestría) de Juan Martínez-Sykora. “La gran complejidad de muchos de los fenómenos que ocurren en la atmósfera solar nos obliga a considerar al mismo tiempo la dinámica del gas parcialmente ionizado, el campo magnético y la interacción radiación-materia para poder explicarlos satisfactoriamente ".
El modelo actualizado de los científicos también reveló algo sobre el transporte de energía solar. Resulta que la energía en este proceso similar a un látigo es lo suficientemente alta como para generar ondas Alfvén, un tipo fuerte de ola que los científicos sospechan es clave para calentar la atmósfera del sol e impulsar el viento solar, que baña constantemente el sistema solar con partículas cargadas del sol.
La Academia Nacional de Ciencias otorgó al Prof. Mats Carlsson y al Prof. Viggo H. Hansteen, tanto los desarrolladores del modelo como los autores del estudio, con la Medalla Arctowski 2017 en reconocimiento a sus contribuciones al estudio de la física solar y la conexión sol-Tierra. Juan Martínez-Sykora incluyó los efectos producidos por la presencia de partículas neutras.
