Un fenómeno detectado por primera vez en el viento solar puede ayudar a resolver un antiguo misterio sobre el sol:por qué la atmósfera solar es millones de grados más caliente que la superficie.

Imágenes del espectrógrafo de imágenes de la región de la interfaz en órbita terrestre, también conocido como IRIS, y la Asamblea de Imágenes Atmosféricas, también conocido como AIA, muestran evidencia de que los bucles magnéticos de tierras bajas se calientan a millones de grados Kelvin.

Investigadores de la Universidad de Rice, la Universidad de Colorado Boulder y el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA argumentan que los iones más pesados, como el silicio, se calientan preferentemente tanto en el viento solar como en la región de transición entre la cromosfera y la corona del sol.

Allí, bucles de plasma magnetizado forman un arco continuo, no muy diferente de sus primos en la corona de arriba. Son mucho más pequeños y difíciles de analizar, pero durante mucho tiempo se pensó que albergaba el mecanismo impulsado magnéticamente que libera ráfagas de energía en forma de nanoflares.

El físico solar de Rice Stephen Bradshaw y sus colegas estaban entre los que sospechaban tanto, pero ninguno tenía pruebas suficientes antes de IRIS.

El espectrómetro de alto vuelo se construyó específicamente para observar la región de transición. En el estudio financiado por la NASA, que aparece en Astronomía de la naturaleza , los investigadores describen "brillos" en los bucles de reconexión que contienen firmas espectrales fuertes de oxígeno y, especialmente, iones de silicio más pesados.

El equipo de Bradshaw, su antiguo alumno y autor principal, Shah Mohammad Bahauddin, ahora miembro de la facultad de investigación en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial en Colorado, y la astrofísica de la NASA Amy Winebarger estudiaron imágenes de IRIS capaces de resolver detalles de estos bucles de la región de transición y detectar bolsas de plasma supercaliente. Las imágenes les permiten analizar los movimientos y temperaturas de los iones dentro de los bucles a través de la luz que emiten. leer como líneas espectrales que sirven como "huellas digitales" químicas.

"Es en las líneas de emisión donde está impresa toda la física, "dijo Bradshaw, profesor asociado de física y astronomía. "La idea era aprender cómo se calientan estas pequeñas estructuras y esperar decir algo sobre cómo se calienta la corona. Este podría ser un mecanismo ubicuo que opera en toda la atmósfera solar".

Las imágenes revelaron espectros de puntos calientes donde las líneas se ampliaron por efectos térmicos y Doppler, indicando no solo los elementos involucrados en las nanoflares sino también sus temperaturas y velocidades.

En los puntos calientes, encontraron que los chorros de reconexión que contenían iones de silicio se movían hacia (desplazado al azul) y alejándose (desplazado al rojo) del observador (IRIS) a velocidades de hasta 100 kilómetros por segundo. No se detectó ningún cambio Doppler para los iones de oxígeno más ligeros.

Los investigadores estudiaron dos componentes del mecanismo:cómo sale la energía del campo magnético, y luego cómo calienta realmente el plasma.

La región de transición es solo de aproximadamente 10, 000 grados Fahrenheit, pero la convección en la superficie del sol afecta los bucles, retorciendo y trenzando las finas hebras magnéticas que las componen, y agrega energía a los campos magnéticos que finalmente calientan el plasma, Dijo Bradshaw. "Las observaciones de IRIS mostraron que ese proceso está teniendo lugar y estamos razonablemente seguros de que al menos una respuesta a la primera parte es a través de la reconexión magnética, de los cuales los chorros son una firma clave, " él dijo.

En ese proceso, los campos magnéticos de las hebras de plasma se rompen y se vuelven a conectar en los sitios de trenzado en estados de menor energía, liberando energía magnética almacenada. Donde esto ocurre el plasma se sobrecalienta.

Pero cómo se calienta el plasma por la energía magnética liberada ha sido un enigma hasta ahora. "Observamos las regiones en estas pequeñas estructuras de bucle donde se estaba produciendo la reconexión y medimos las líneas de emisión de los iones, principalmente silicio y oxígeno, ", dijo." Encontramos que las líneas espectrales de los iones de silicio eran mucho más anchas que las del oxígeno ".

Eso indicó un calentamiento preferencial de los iones de silicio. "Necesitábamos explicarlo, ", Dijo Bradshaw." Echamos un vistazo y pensamos y resulta que hay un proceso cinético llamado calentamiento de ciclotrón de iones que favorece el calentamiento de iones pesados ​​sobre los más ligeros ".

Dijo que las ondas de ciclotrón de iones se generan en los sitios de reconexión. Las ondas transportadas por los iones más pesados ​​son más susceptibles a una inestabilidad que provoca que las ondas se "rompan" y generen turbulencias, que dispersa y energiza los iones. Esto amplía sus líneas espectrales más allá de lo que se esperaría de la temperatura local del plasma solo. En el caso de los iones más ligeros, puede que no quede suficiente energía para calentarlos. "De lo contrario, no superan la velocidad crítica necesaria para desencadenar la inestabilidad, que es más rápido para iones más ligeros, " él dijo.

"En el viento solar, Los iones más pesados ​​son significativamente más calientes que los iones más ligeros. ", Dijo Bradshaw." Eso ha sido definitivamente medido. Nuestro estudio muestra por primera vez que esto también es una propiedad de la región de transición, y, por lo tanto, podría persistir en toda la atmósfera debido al mecanismo que hemos identificado, incluido el calentamiento de la corona solar, particularmente porque el viento solar es una manifestación de la corona que se expande hacia el espacio interplanetario ".

La siguiente pregunta, Bahauddin dijo:es si tales fenómenos están sucediendo al mismo ritmo en todo el sol. "Lo más probable es que la respuesta sea no, ", dijo." Entonces la pregunta es, ¿Cuánto contribuyen al problema del calentamiento coronal? ¿Pueden suministrar suficiente energía a la atmósfera superior para que pueda mantener una corona multimillonaria?

"Lo que mostramos para la región de transición fue una solución a una pieza importante del rompecabezas, pero el panorama general requiere que más piezas caigan en el lugar correcto, " Bahauddin said. "I believe IRIS will be able to tell us about the chromospheric pieces in the near future. That will help us build a unified and global theory of the sun's atmosphere."