Septiembre pasado, una nueva y masiva región de campo magnético hizo erupción en la superficie del Sol junto a una mancha solar existente. La poderosa colisión de campos magnéticos produjo una serie de potentes llamaradas solares, causando turbulentas condiciones climáticas espaciales en la Tierra. Estas fueron las primeras bengalas que se capturaron, en su progresión momento a momento, por el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey (NJIT) recientemente ampliado Owens Valley Solar Array (EOVSA).

Con 13 antenas ahora trabajando juntas, EOVSA pudo hacer imágenes de la llamarada en múltiples frecuencias de radio simultáneamente por primera vez. Esta capacidad mejorada para observar la mecánica de las llamaradas ofrece a los científicos nuevas vías para investigar las erupciones más poderosas de nuestro sistema solar.

"Estas erupciones de septiembre incluyeron dos de las más fuertes del ciclo actual de actividad solar de 11 años, arrojar radiación y partículas cargadas hacia la Tierra que interrumpieron las comunicaciones por radio, "dijo Dale Gary, distinguido profesor de física en el Centro de Investigación Solar-Terrestre (CSTR) del NJIT y director de EOVSA. La última llamarada del período, el 10 de septiembre fue "el más emocionante, "añadió.

"La región de la mancha solar pasaba por encima de la rama solar, el borde del Sol a medida que gira, y pudimos ver la altura comparativa de la llamarada en muchas longitudes de onda diferentes, desde óptica, a ultravioleta, a los rayos X, a la radio, ", relató." Esta vista brindó una maravillosa oportunidad de capturar la estructura de una gran erupción solar con todos sus ingredientes ".

Las emisiones de radio son generadas por electrones energéticos acelerados en la corona, la cálida atmósfera superior del Sol. La física solar moderna se basa en observaciones en muchas longitudes de onda; Las imágenes de radio complementan estos mediante la observación directa de la aceleración de las partículas que impulsa todo el proceso. Midiendo el espectro de radio en diferentes lugares de la atmósfera solar, especialmente cuando es capaz de hacerlo lo suficientemente rápido para seguir los cambios durante las erupciones solares, se convierte en un poderoso diagnóstico del entorno solar que cambia rápidamente durante estas erupciones.

EOVSA, que está financiado por la National Science Foundation, es el primer instrumento de imágenes de radio que puede generar imágenes espectrales lo suficientemente rápido, en un segundo, para seguir los rápidos cambios que ocurren en las erupciones solares. Esta capacidad permite medir dinámicamente el espectro de radio en toda la región de la quema, para identificar la ubicación de la aceleración de las partículas y mapear por dónde viajan esas partículas. Las imágenes de erupciones solares en la mayoría de las otras longitudes de onda muestran solo las consecuencias del calentamiento por las partículas aceleradas, mientras que la emisión de radio puede mostrar directamente las propias partículas.

"Uno de los grandes misterios de la investigación solar es comprender cómo el Sol produce partículas de energía extremadamente alta en tan poco tiempo, "Gary señaló." Pero para responder a esa pregunta, debemos tener diagnósticos cuantitativos tanto de las partículas como del medio ambiente, especialmente el campo magnético que está en el corazón de la liberación de energía. EOVSA lo hace posible en longitudes de onda de radio por primera vez ".

Gary presentó los nuevos hallazgos de EOVSA esta semana en la reunión de la Cumbre Trienal Tierra-Sol (TESS), que reúne a la división de física solar de la American Astronomical Society (AAS) y la sección de física solar y aeronomía de la American Geophysical Union (AGU).

"Los nuevos resultados de EOVSA han despertado mucho interés en la reunión de TESS, "dijo Bin Chen, profesor asistente de física en CSTR, quien preside una sesión centrada en la intensa actividad solar ocurrida el pasado mes de septiembre. "Varios expertos en la reunión comentaron que estos resultados aportarían conocimientos fundamentalmente nuevos sobre la comprensión de la liberación de energía y la aceleración de partículas en las erupciones solares".

Entre otros descubrimientos, Los científicos de EOVSA han aprendido que las emisiones de radio en una llamarada se extienden por una región mucho más grande de lo que se conocía anteriormente. lo que indica que las partículas de alta energía se transportan rápidamente en grandes cantidades a través de la "burbuja" del campo magnético explosivo llamada eyección de masa coronal (CME).

"Esto es importante porque las CME generan ondas de choque que aceleran aún más las partículas que son peligrosas para las naves espaciales, astronautas e incluso personas en aviones que vuelan rutas polares. Hasta la fecha, sigue siendo un misterio cómo estas ondas de choque por sí solas aceleran las partículas, porque no se entiende la física, ", dijo." Una de las teorías es que las partículas 'semilla' deben estar presentes en la región de choque, que puede generar las ondas necesarias para una mayor aceleración. Durante mucho tiempo se ha especulado que las llamaradas, que se sabe que aceleran las partículas, puede proporcionarlos. Observaciones anteriores, principalmente con rayos X, Siempre muestran esas partículas confinadas a alturas muy bajas y no se ha entendido cómo esas partículas podrían llegar al choque. Las imágenes de radio muestran evidencia de partículas en una región mucho más grande, dándoles más oportunidades de acceder a la región del choque ".

Las manchas solares son el principal generador de erupciones solares, la repentina, poderosas explosiones de radiación electromagnética y partículas cargadas que irrumpieron en el espacio durante las explosiones en la superficie del Sol. Su movimiento de giro hace que se acumule energía que se libera en forma de llamaradas.

EOVSA fue diseñado para hacer imágenes de radio de alta resolución de bengalas (cadencia de 1 segundo), regiones de manchas solares (cadencia de 20 minutos), pleno sol (unas pocas por día) y cientos de frecuencias en una amplia banda de frecuencia, convirtiéndolo en el primer instrumento solar capaz de medir el espectro de radio de un punto a otro en la región de la llamarada.

"Estamos trabajando hacia una tubería de calibración e imágenes para generar automáticamente imágenes de microondas observadas por EOVSA, y ponerlos a disposición de la comunidad en el día a día, "agregó Chen, quién está liderando el esfuerzo del oleoducto EOVSA.

"La revelación más inesperada hasta ahora de EOVSA es lo que vemos en las frecuencias de radio más bajas, "Gary señaló." Las observaciones de llamaradas basadas en altas frecuencias de radio y basadas en observaciones de rayos X muestran una llamarada que es relativamente pequeña, región compacta a pesar de que vemos evidencia de calentamiento en un área mucho más grande. Aunque tuvimos observaciones raras del pasado que parecían mostrar grandes fuentes de radio, EOVSA ahora ha convertido en una rutina obtener imágenes de grandes fuentes de radio que son aún más grandes a frecuencias más bajas ".

Inicialmente, él y sus colegas no pudieron acceder a estas nuevas regiones, sin embargo. Una vez completada la matriz, se dieron cuenta de que las torres de telefonía celular en el valle de Owens estaban causando niveles de interferencia de radiofrecuencia mucho más altos de lo esperado. Como resultado, diseñaron filtros de "muesca" que podían eliminar las frecuencias más afectadas por las torres de telefonía móvil.

"Esto es importante porque se producen muchas ráfagas de radio solares interesantes en el rango de la torre celular (1,9-2,2 GHz). Son las frecuencias más bajas las que muestran mejor este fenómeno nuevo y no bien entendido de las fuentes grandes, "Gary dijo." De alguna manera, las partículas aceleradas se transportan a un volumen mucho mayor de la corona de lo que pensábamos ".

Con nuevos fondos de la NASA, Gary y sus colegas medirán el espectro de radio resuelto espacialmente de las erupciones solares, determinar los parámetros de partículas y plasma en función de la posición y el tiempo, y luego use modelado tridimensional, que ha desarrollado su grupo, para comprender completamente la aceleración inicial y el transporte posterior de partículas de alta energía.

El Sol atraviesa ciclos de actividad de 11 años, y este último año puede haber proporcionado las últimas llamaradas que veremos durante los próximos cuatro o cinco años, "Dijo Gary." Durante los próximos años, Centraremos nuestros esfuerzos en mejorar las regiones de manchas solares activas y las imágenes de disco completo con la matriz. Esta imagen en una escala espacial más grande es más desafiante, pero podría ser igual de importante, ya que las características de mayor escala gobiernan la influencia del Sol en la atmósfera de la Tierra y el viento solar ".