Si bien muchos estudios han comparado las propiedades magnéticas de las erupciones solares confinadas y eruptivas, pocos han considerado las propiedades termodinámicas de las erupciones confinadas y menos aún en comparación con las eruptivas.
María Kazachenko, profesora asistente en el Departamento de Ciencias Astrofísicas y Planetarias de la Universidad de Colorado en Boulder, es una de las pocas que ha explorado este tema. En un artículo publicado en The Astrophysical Journal y presentada en AAS Nova, realizó un estudio que cuantificaba las propiedades termodinámicas y magnéticas de cientos de erupciones solares.
Las llamaradas solares son enormes explosiones de radiación electromagnética del sol. Ocurren cuando la energía almacenada en campos magnéticos, generalmente encima de las manchas solares, se libera repentinamente. Algunas llamaradas implican una eyección de masa coronal (CME), en la que se expulsa una gran cantidad de partículas cargadas, o plasma.
Algunos de los resultados del estudio confirman los hallazgos de investigaciones anteriores. Sin embargo, el artículo también incluye nueva información que sugiere que las llamaradas confinadas, o sin CME asociadas, pueden ser más eficientes para acelerar partículas y, por lo tanto, también para producir radiación ionizante.
Las llamaradas solares son causadas por los campos magnéticos del sol, que son más fuertes en las áreas oscuras llamadas manchas solares. Cuando están inactivos, estos campos parecen bucles. Sin embargo, cuando los flujos subterráneos del sol comienzan a cortar y torcer las manchas solares a las que están unidos, los campos magnéticos también se tuercen.
"Podrías imaginarlo como una banda elástica que empiezas a girar", explica Kazachenko. "En algún momento, lo cortas, entonces... se liberará energía y recibirás un chasquido en tu mano".
Al igual que la energía elástica de la banda elástica se libera cuando se corta, una fracción de la energía magnética del sol se libera durante un proceso llamado reconexión magnética. La reconexión magnética puede tomar diferentes formas, pero "una de las configuraciones más simples", dice Kazachenko, "es cuando dos líneas de campo con direcciones opuestas se empujan entre sí... los campos magnéticos podrían cambiar repentinamente su configuración y liberar una enorme cantidad de energía". , similar a bandas elásticas que se cortan de repente."
La energía magnética libre que se libera durante la reconexión magnética se almacena en corrientes de plasma. Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos, como se ve en los electroimanes, y las partículas cargadas que se mueven dentro del plasma del sol funcionan de manera similar.
Si bien algunas erupciones solares están asociadas con CME, donde el plasma es expulsado de la atmósfera solar al espacio, otras no. Si una erupción solar está asociada con una CME, se considera eruptiva; si no tiene una CME asociada, se considera confinada. Sin embargo, la diferencia entre los dos es más profunda, porque los mecanismos que determinan si una llamarada es confinada o eruptiva también pueden decidir qué tan rápido se reconectarán los campos magnéticos y cuánta radiación dura de rayos X y rayos gamma emitirá. /P>
Como sugiere su nombre, las llamaradas confinadas no pueden escapar de la atmósfera del sol debido a influencias limitantes. Estas influencias, conocidas como campos de fleje, también son magnéticas. Por esta razón, las regiones activas con más flujo magnético también tienen campos de fleje más fuertes y, por lo tanto, tienen menos probabilidades de ser eruptivas.
Según Kazachenko, esto explica por qué las llamaradas confinadas que ella estudió tenían temperaturas más altas y sufrieron una reconexión más rápida que las llamaradas eruptivas del mismo flujo máximo de rayos X:"En las llamaradas confinadas, la reconexión se produce más abajo porque hay una fuerte tensión campo de la región activa que no permite que la estructura suba... los campos son más fuertes más abajo, por lo que la reconexión avanza mucho más rápido."
Si bien la importancia de una reconexión más rápida puede no ser inmediatamente obvia, el artículo de investigación explica:"A medida que las velocidades de reconexión más altas conducen a iones y electrones más acelerados, las grandes llamaradas confinadas podrían ser más eficientes a la hora de producir radiación electromagnética ionizante que las llamaradas eruptivas".
Esto no quiere decir que se libere más energía durante la reconexión de una llamarada confinada; de hecho, las llamaradas eruptivas tienen la misma cantidad de flujo reconectado que las llamaradas confinadas. Más bien, debido a que la energía se libera más rápidamente en las llamaradas confinadas, pueden acelerar los iones y electrones del plasma solar de manera más eficiente.
Cuando se trata de clima espacial, las CME y las tormentas geomagnéticas que pueden causar suelen recibir la mayor atención. Esto se debe a una buena razón:si bien es raro que las CME lleguen a la Tierra, las consecuencias son nefastas cuando lo hacen.
En el peor de los casos, una tormenta geomagnética dañaría o destruiría los equipos de transmisión eléctrica, provocando apagones a gran escala. Además, una tormenta de este tipo interrumpiría ciertos tipos de comunicación, dañaría el hardware de los satélites y expondría a los astronautas y aviadores de gran altitud a una radiación potencialmente letal. Si bien estas son sólo predicciones, la evidencia de ellas se basa en parte en la tormenta geomagnética de 1859, que tuvo efectos pronunciados, provocando chispas e incendios en estaciones de telégrafo.
Investigaciones como la de Kazachenko contribuyen a una comprensión más amplia de cómo funcionan las erupciones solares, lo que algún día permitirá a los científicos predecir cuándo ocurrirán con mayor precisión y, por lo tanto, evitar las peores consecuencias de una tormenta geomagnética al dar tiempo a las personas para tomar medidas preventivas. Sin embargo, sus estudios también tienen implicaciones más amplias.
"¿Qué pasa en otras estrellas?" pregunta Kazachenko. "¿Hay llamaradas allí? ¿Hay CME allí? Según estudios recientes, parece que hay miles de llamaradas allí, pero las CME, las eyecciones de masa coronal, son muy difíciles de determinar".
Si bien es posible que estrellas como el Sol experimenten regularmente CME y que los científicos e investigadores simplemente no hayan podido detectar la mayoría de ellas, la evidencia actual sugiere que las llamaradas confinadas desempeñan un papel más importante en el clima espacial de otros sistemas solares que en este. uno. Por esta razón, el tipo de erupción solar aparentemente menos impactante puede determinar si los exoplanetas son habitables, un gran interés para los astrónomos que buscan exoplanetas que sean adecuados para la colonización.
"Por lo tanto, es una cuestión muy fundamental, tanto... para la seguridad de nuestros equipos, como para comprender otros planetas", dice Kazachenko.
Aunque Kazachenko ha descubierto una propiedad única de las erupciones solares confinadas, aún queda trabajo por hacer, afirma. Su estudio sugiere que las llamaradas confinadas reconectan los campos magnéticos más rápido y potencialmente aceleran las partículas cargadas de manera más eficiente que las eruptivas, pero las propiedades de estas partículas están fuera de su alcance.
Kazachenko opina que debería realizarse un estudio de seguimiento. "Donde realmente nos fijamos en la población estadística de la aceleración de las partículas en ambos grupos de erupciones... pero ahí es donde creo que está el futuro:mirar no sólo un evento singular con gran detalle, sino beneficiarnos de estas asombrosas observaciones que ahora tenemos de Muchos satélites diferentes vuelan allí, como el nuevo satélite lanzado por la NASA y la Agencia Espacial Europea llamado Solar Orbiter."
Más información: Maria D. Kazachenko, Base de datos de propiedades magnéticas y termodinámicas de llamaradas solares confinadas y eruptivas, The Astrophysical Journal (2023). DOI:10.3847/1538-4357/ad004e
Proporcionado por la Universidad de Colorado en Boulder
