Un equipo de científicos tiene, por primera vez, usé un solo, modelo informático cohesivo para simular el ciclo de vida completo de una erupción solar:a partir de la acumulación de energía a miles de kilómetros por debajo de la superficie solar, a la aparición de líneas de campo magnético enredadas, a la explosiva liberación de energía en un destello brillante.

El logro detallado en la revista Astronomía de la naturaleza , prepara el escenario para futuros modelos solares para simular de manera realista el propio clima del Sol a medida que se desarrolla en tiempo real, incluyendo la aparición de manchas solares turbulentas, que a veces producen llamaradas y eyecciones de masa coronal. Estas erupciones pueden tener impactos generalizados en la Tierra, de interrumpir las redes eléctricas y las redes de comunicaciones, dañar satélites y poner en peligro a los astronautas.

Los científicos del Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR) y el Laboratorio de Astrofísica y Solar Lockheed Martin dirigieron la investigación. La nueva simulación completa captura la formación de una llamarada solar de una manera más realista que los esfuerzos anteriores. e incluye el espectro de emisiones de luz que se sabe que están asociadas con las bengalas.

"Este trabajo nos permite ofrecer una explicación de por qué las llamaradas se ven así, no solo en una sola longitud de onda, pero en longitudes de onda visibles, en longitudes de onda ultravioleta y ultravioleta extrema, y en radiografías, "dijo Mark Cheung, un físico de planta en el Laboratorio de Astrofísica y Solar Lockheed Martin y un académico visitante en la Universidad de Stanford. "Estamos explicando los muchos colores de las erupciones solares".

La investigación fue financiada en gran parte por la NASA y por la National Science Foundation, que es el patrocinador de NCAR.

Puenteando las escalas

Para el nuevo estudio, los científicos tuvieron que construir un modelo solar que pudiera extenderse a través de múltiples regiones del Sol, capturando el comportamiento físico complejo y único de cada uno.

El modelo resultante comienza en la parte superior de la zona de convección, aproximadamente 10, 000 kilómetros por debajo de la superficie del Sol:se eleva a través de la superficie solar, y saca 40, 000 kilómetros en la atmósfera solar, conocido como la corona. Las diferencias en la densidad del gas, presión, y otras características del Sol representadas en el modelo son amplias.

Para simular con éxito una llamarada solar desde la emergencia hasta la liberación de energía, los científicos necesitaban agregar ecuaciones detalladas al modelo que pudieran permitir que cada región contribuyera a la evolución de la erupción solar de una manera realista. Pero también tenían que tener cuidado de no complicar tanto el modelo que ya no sería práctico ejecutarlo con los recursos de supercomputación disponibles.

"Tenemos un modelo que cubre una amplia gama de condiciones físicas, lo que lo hace muy desafiante, ", dijo el científico de NCAR Matthias Rempel." Este tipo de realismo requiere soluciones innovadoras ".

Para abordar los desafíos, Rempel tomó prestada una técnica matemática utilizada históricamente por los investigadores que estudian las magnetosferas de la Tierra y otros planetas. La técnica, lo que permitió a los científicos comprimir la diferencia en escalas de tiempo entre las capas sin perder precisión, permitió al equipo de investigación crear un modelo que era tanto realista como computacionalmente eficiente.

El siguiente paso fue establecer un escenario en el Sol simulado. En investigaciones anteriores utilizando modelos menos complejos, los científicos han necesitado iniciar los modelos casi en el momento en que la llamarada estallaría para poder conseguir que se formara una llamarada.

En el nuevo estudio, el equipo quería ver si su modelo podía generar un destello por sí solo. Comenzaron por establecer un escenario con condiciones inspiradas por una mancha solar particularmente activa observada en marzo de 2014. La mancha solar real generó docenas de llamaradas durante el tiempo que estuvo visible. incluyendo una clase X muy poderosa y tres bengalas clase M moderadamente poderosas. Los científicos no intentaron imitar con precisión la mancha solar de 2014; en cambio, se aproximaron aproximadamente a los mismos ingredientes solares que estaban presentes en ese momento, y que fueron tan efectivos para producir llamaradas.

Luego dejaron ir el modelo, observando para ver si generaría un destello por sí solo.

"Nuestro modelo pudo capturar todo el proceso, desde la acumulación de energía hasta la emergencia en la superficie y el ascenso hacia la corona, energizando la corona, y luego llegar al punto en que la energía se libera en una erupción solar, "Dijo Rempel.

Ahora que el modelo ha demostrado que es capaz de simular de manera realista el ciclo de vida completo de una llamarada, los científicos lo probarán con observaciones del Sol en el mundo real y verán si puede simular con éxito lo que realmente ocurre en la superficie solar.

"Esta fue una simulación independiente que se inspiró en los datos observados, ", Dijo Rempel." El siguiente paso es ingresar directamente los datos observados en el modelo y dejar que impulse lo que está sucediendo. Es una forma importante de validar el modelo, y el modelo también puede ayudarnos a comprender mejor qué es lo que estamos observando en el Sol ".