Los Astrónomos Descubren Los Orígenes De Las Espículas Giratorias Del Sol

Investigadores descubren el origen de las espículas giratorias del sol

Por primera vez, una simulación por computadora muestra cómo el material solar brotó de la forma de la superficie del sol, ayudando a los astrónomos a comprender cómo estas espículas pueden liberarse de la superficie del sol y subir tan rápidamente.

En un momento dado, hasta 10 millones de chorros salvajes de material solar estallan de la superficie del sol. Entran en erupción tan rápido como 60 millas por segundo, y pueden alcanzar longitudes de 6,000 millas antes de colapsar. Estas son espículas y, a pesar de su abundancia similar a la hierba, los científicos no entendieron cómo se forman.

El nuevo trabajo se basó en observaciones de alta cadencia de NASA el Espectrógrafo de Imágenes de la Región de Interfaz, o IRIS, y el Telescopio Solar Sueco de 1 metro en La Palma, en las Islas Canarias. Juntos, la nave espacial y el telescopio miran hacia las capas inferiores de la atmósfera del sol, conocida como la región de interfaz, donde se forman las espículas. Los resultados de este estudio financiado por la NASA se publicaron en Science el 22 de junio de 2017, un momento especial del año para la misión IRIS, que celebra su cuarto aniversario en el espacio el 26 de junio.

“Los modelos numéricos y las observaciones van de la mano en nuestra investigación”, dijo Bart De Pontieu, autor del estudio y director científico de IRIS en el Laboratorio de Astrofísica y Solar Lockheed Martin, en Palo Alto, California. “Comparamos observaciones y modelos para averiguar qué tan bien están funcionando nuestros modelos y para mejorar los modelos cuando observamos grandes discrepancias”.


Mire el video para aprender cómo los científicos usaron una combinación de simulaciones y observaciones por computadora para determinar cómo se forman las espículas.

La observación de espículas ha sido un problema espinoso para los científicos que quieren comprender cómo la energía y el material solar se mueven a través y lejos del sol. Las espículas son transitorias, se forman y colapsan en el transcurso de solo cinco a 10 minutos. Estas tenues estructuras también son difíciles de estudiar desde la Tierra, donde la atmósfera a menudo empaña la visión de nuestros telescopios.

Un equipo de científicos ha estado trabajando en este modelo en particular durante casi una década, intentando una y otra vez crear una versión que creara espículas. Las versiones anteriores del modelo trataban la región de la interfaz, la atmósfera solar inferior, como un gas caliente de partículas cargadas eléctricamente, o más técnicamente, un gas completamente ionizado. plasma . Pero los científicos sabían que faltaba algo porque nunca vieron espículas en las simulaciones.

Los científicos se dieron cuenta de que la clave eran las partículas neutras. Se inspiraron en la propia ionosfera de la Tierra, una región de la atmósfera superior donde las interacciones entre partículas neutras y cargadas son responsables de muchos procesos dinámicos.

El equipo de investigación sabía que en las regiones más frías del sol, como la región de la interfaz, no todas las partículas de gas están cargadas eléctricamente. Algunas partículas son neutrales y las partículas neutras no están sujetas a campos magnéticos como lo están las partículas cargadas. Los científicos habían basado modelos anteriores en un plasma completamente ionizado para simplificar el problema. De hecho, incluir las partículas neutrales necesarias fue muy costoso computacionalmente, y el modelo final tardó aproximadamente un año en ejecutarse en la supercomputadora Pléyades ubicada en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, y que respalda cientos de proyectos de ciencia e ingeniería para misiones de la NASA.

El modelo comenzó con una comprensión básica de cómo se mueve el plasma en la atmósfera del sol. La convección o ebullición constante de material en todo el sol genera islas de campos magnéticos enredados. Cuando la ebullición los lleva a la superficie y más hacia la atmósfera inferior del sol, las líneas del campo magnético vuelven a su lugar rápidamente para resolver la tensión, expulsando plasma y energía. De esta violencia nace una espícula. Pero explicar cómo estos complejos nudos magnéticos se elevan y se rompen fue la parte complicada.

“Por lo general, los campos magnéticos están estrechamente acoplados a partículas cargadas”, dijo Juan Martínez-Sykora, autor principal del estudio y físico solar en Lockheed Martin y el Instituto de Investigación Ambiental del Área de la Bahía en Sonoma, California. “Con solo partículas cargadas en el modelo, los campos magnéticos estaban atascados y no podían elevarse más allá de la superficie del sol. Cuando agregamos neutrales, los campos magnéticos pudieron moverse con mayor libertad “.

Las partículas neutras proporcionan la flotabilidad que los nudos nudosos de energía magnética necesitan para elevarse a través del plasma hirviente del sol y alcanzar la cromosfera. Allí, se rompen en espículas, liberando tanto plasma como energía. La fricción entre los iones y las partículas neutras calienta aún más el plasma, tanto dentro como alrededor de las espículas.

Con el nuevo modelo, las simulaciones finalmente coincidieron con las observaciones de IRIS y el Telescopio Solar Sueco; las espículas se produjeron de forma natural y frecuente. Los 10 años de trabajo que se dedicaron al desarrollo de este modelo numérico le valieron a los científicos Mats Carlsson y Viggo H. Hansteen, ambos autores del estudio de la Universidad de oslo en Noruega, la Medalla Arctowski 2017 de la Academia Nacional de Ciencias. Martínez-Sykora lideró la expansión del modelo para incluir los efectos de partículas neutras.

El modelo actualizado de los científicos reveló algo más sobre cómo se mueve la energía en la atmósfera solar. Resulta que este proceso similar a un látigo también genera naturalmente ondas de Alfvén, un tipo fuerte de onda magnética que los científicos sospechan que es clave para calentar la atmósfera del sol e impulsar el viento solar, que constantemente baña nuestro sistema solar y nuestro planeta con partículas cargadas del sol.

“Este modelo responde a muchas preguntas que hemos tenido durante tantos años”, dijo De Pontieu. “Aumentamos gradualmente la complejidad física de los modelos numéricos basados ​​en observaciones de alta resolución, y es realmente una historia de éxito para el enfoque que hemos adoptado con IRIS”.

Las simulaciones indican que las espículas podrían desempeñar un papel importante en la activación de la atmósfera del sol, al expulsar constantemente el plasma y generar tantas ondas Alfvén en toda la superficie del sol.

“Este es un gran avance en nuestra comprensión de qué procesos pueden energizar la atmósfera solar, y sienta las bases para investigaciones con aún más detalles para determinar qué papel juegan las espículas”, dijo Adrian Daw, científico de la misión IRIS en Goddard Space de la NASA. Flight Center en Greenbelt, Maryland. “Un resultado muy agradable en vísperas de nuestro aniversario de lanzamiento”.

Publicación: J. Martínez-Sykora, et al., “Sobre la generación de espículas solares y ondas alfvénicas”, Science 23 de junio de 2017: Vol. 356, número 6344, págs. 1269-1272; DOI: 10.1126 / science.aah5412

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