Los científicos simularon las erupciones solares y la posterior aceleración de las partículas cargadas en la corona solar con simulaciones por supercomputadoras de última generación. Descubrieron que el mecanismo de aceleración requiere condiciones específicas en el viento solar. El viento solar es una salida continua de partículas cargadas del Sol.
Cuando la velocidad del viento solar está entre aproximadamente 500 y 650 kilómetros (310 y 404 millas) por segundo y hay grandes áreas en el Sol con fuertes campos magnéticos atravesando la superficie, las condiciones son adecuadas para que el mecanismo de aceleración comience a funcionar.
Las observaciones de los científicos podrían conducir al desarrollo de nuevos modelos meteorológicos espaciales que predicen la radiación espacial dañina con suficiente tiempo para proteger a los astronautas que trabajan fuera del escudo magnético de la Tierra. La radiación espacial es un gran peligro para la salud de los astronautas y plantea un desafío importante para las misiones humanas a la Luna y Marte.
Los hallazgos del equipo de investigación se publicaron en la revista _Physical Review Letters_.
"Cuando los astronautas viajan fuera de la magnetosfera protectora de la Tierra, están expuestos a altos niveles de radiación espacial", dijo el Dr. Vassilis Angelopoulos, profesor universitario distinguido del Departamento de Física de Carolina del Norte y autor correspondiente del estudio. "Gran parte de esta radiación toma la forma de protones altamente energéticos. Sin embargo, a pesar de décadas de investigación, todavía no comprendemos completamente los mecanismos físicos que aceleran estos protones a energías tan altas".
Los astrofísicos creen que la aceleración probablemente ocurre en la corona solar (la atmósfera exterior del Sol) y que debe ocurrir en etapas porque ningún proceso por sí solo puede acelerar los protones a las energías observadas cerca de la Tierra. El escenario predominante es que los protones ganan una cantidad significativa de energía muy cerca del Sol a través de la reconexión de las líneas del campo magnético (un proceso denominado reconexión magnética) y luego son acelerados aún más por un mecanismo aún desconocido en algún lugar de la heliosfera interior. la región entre el Sol y la Tierra.
Las observaciones muestran que estos eventos energéticos parecen estar asociados con erupciones solares que involucran las llamadas eyecciones de masa coronal (CME). Sin embargo, las CME también son fenómenos ubicuos que ocurren todo el tiempo, pero muy pocos de ellos (sólo alrededor del 1%) terminan produciendo radiación peligrosa.
"Esto demuestra que las CME por sí solas no pueden ser responsables de la aceleración", afirmó Angelopoulos. "Tiene que haber algo más; algunas condiciones específicas que conduzcan al inicio del proceso de aceleración de partículas".
Entonces, ¿cuáles son estas condiciones específicas?
El equipo de investigación realizó una extensa serie de simulaciones basadas en la física con modelos de erupciones solares de supercomputadoras de última generación, incluidas CME. Descubrieron que la aceleración de los protones de alta energía comienza cuando el viento solar se encuentra en un rango específico de velocidades y hay grandes regiones en el Sol con fuertes campos magnéticos que atraviesan la superficie solar.
"La corona solar está llena de campos magnéticos, y durante mucho tiempo hemos sospechado que los campos magnéticos desempeñan un papel crítico en el proceso de aceleración", dijo el Dr. Xiaowei Wang, ex investigador postdoctoral en el Departamento de Física de NC State y autor principal de el papel. "Pero los campos magnéticos tienen que estructurarse exactamente de la manera correcta, como un furtivo que se extiende completamente alrededor del Sol. Nuestras simulaciones numéricas muestran que cuando ocurren estas condiciones, el escenario está listo para la generación de protones de alta energía".
Cuando se dan condiciones tan favorables, la reconexión magnética puede volverse muy rápida. Esto, a su vez, puede reestructurar rápidamente los campos magnéticos de tal manera que los campos eléctricos aceleren los protones a altas energías.
Los modelos de clima espacial pueden potencialmente predecir la ocurrencia y los tiempos de llegada de eventos de protones de alta energía a la Tierra si pueden proporcionar información sobre las condiciones del viento solar y la estructura del campo magnético a gran escala en el Sol. Desarrollar modelos de clima espacial con esta capacidad es un desafío pero factible, y la investigación del grupo de Angelopoulos continúa en esa dirección.
