POSIBLE SOLUCIÓN AL MISTERIO DEL AUMENTO REPENTINO DE LA TEMPERATURA DE LA CORONA SOLAR

Los físicos solares han capturado las primeras firmas de observación directa de la absorción de resonancia solar, que se cree que desempeñan un papel importante en la solución del «problema de calentamiento de la corona», que ha desafiado a la heliofísica desde más de 70 años.

Un equipo internacional de investigación de Japón, Estados Unidos y Europa, dirigido por los Dres. Joten Okamoto y Patrick Antolín han realizado observaciones de alta resolución combinados de la misión Hinode de JAXA y la misión de la NASA IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph), junto con las simulaciones numéricas del estado de la técnica y el modelado de ATERUI, el superordenador de NAOJ. En los datos combinados, fueron capaces de detectar e identificar las firmas de observación de la absorción resonante.

La absorción resonante es un proceso en dos tipos diferentes de ondas magnéticamente accionadas que resuenan, el fortalecimiento de uno de ellos. En particular, esta investigación analizó un tipo de ondas magnéticas conocidas como ondas Alfvénic que puede propagarse a través de una prominencia (una estructura filamentosa de fresco, gas denso flotando en la corona). Aquí, por primera vez, los investigadores fueron capaces de observar directamente la absorción de resonancia entre las ondas transversales y ondas de torsión, dando lugar a un flujo turbulento que calienta la prominencia. Hinode observó el movimiento transversal e IRIS observó el movimiento de torsión; estos resultados no habrían sido posibles sin los dos satélites.

Esta nueva información puede ayudar a explicar cómo la corona solar alcanza temperaturas de 1.000.000 grados centígrados; el llamado «problema de calentamiento de la corona.»

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La corona solar, la capa externa de la atmósfera del Sol, se compone de gas extremadamente alto de temperatura, conocido como plasma, con temperaturas que alcanzan millones de grados centígrados. Es la capa más externa del Sol, la más lejana en parte del núcleo donde se producen las reacciones nucleares que impulsan el Sol, lógicamente se espera que sea la parte más fresca del Sol, pero de hecho, es 200 veces más caliente que la fotosfera, la superficie del Sol. Esta contradicción, apodado como «el problema calentamiento de la corona» ha desconcertado a los astrofísicos desde que la temperatura de la corona se midió por primera vez hace más de 70 años.

Las misiones espaciales, para observar el Sol y otros avances tecnológicos han puesto de manifiesto que el campo magnético del Sol juega un papel esencial en este enigma. Pero la clave para resolver el «problema de calentamiento de la corona» es la comprensión de cómo la energía magnética se puede convertir de manera eficiente en calor en la corona. Ha habido dos teorías competentes.

La primera teoría involucra a las erupciones solares. Aunque cada fulguración convierte grandes cantidades de energía magnética en energía térmica, la frecuencia global de las erupciones solares no son lo suficientemente altas como para dar toda la energía necesaria para calentar y mantener la corona solar. Para resolver esta discrepancia, se introdujo la idea de las «nanoflares». Se cree que las nanoflares son erupciones solares en miniatura, se producen continuamente a lo largo de la corona y la suma de sus acciones convierten la suficiente energía magnética en calor para compensar la diferencia. Desafortunadamente, tales nanoflares aún no se han detectado…

La segunda hipótesis se basa en ondas magnéticamente accionadas. Gracias a las misiones espaciales, como la japonesa «Hinode» (lanzada en 2006), ahora sabemos que la atmósfera solar está impregnado de olas «Alfvénicas». Estas ondas magnéticamente accionadas pueden llevar cantidades significativas de energía a lo largo de las líneas del campo magnético, la energía suficiente, de hecho, para calentar y mantener la corona. Sin embargo, para esta teoría, es necesario que haya un mecanismo a través del cual esta energía puede ser convertida en calor.

Para buscar este mecanismo de conversión, el equipo de investigación combinó datos de dos estados de técnicas de las misiones: Hinode y con la proyección de imagen y espectroscopia por parte del satélite IRIS.

Ambos instrumentos fueron dirigidos a la misma prominencia solar. Una prominencia es un haz de filamentos mas fríos, y con gas denso flotando en la corona. Aquí, ‘frio’ es un término relativo; una prominencia tiene típicamente una temperatura de aproximadamente 10.000 grados. Aunque más densa que el resto de la corona, una prominencia no se hunde porque las líneas del campo magnético actúan como una red para mantener el evento en alto. Los filamentos individuales que componen la prominencia, llamados hilos, siguen las líneas del campo magnético.

La muy alta resolución espacial del satélite Hinode permitió a los investigadores detectar pequeños movimientos en el plano de 2 dimensiones de la imagen (arriba / abajo e izquierda / derecha). Para entender el fenómeno de 3 dimensiones completa, los investigadores utilizaron IRIS para medir la velocidad Doppler (es decir, la velocidad a lo largo de la línea de visión, en y fuera de la imagen). Los datos espectrales de IRIS también proporcionaron información vital acerca de la temperatura de la prominencia.

Estos diferentes instrumentos permitieron a los satélites detectar diferentes variedades de ondas Alfvénic: Hinode pudo detectar ondas transversales mientras IRIS pudo detectar ondas de torsión. La comparación de los dos conjuntos de datos mostraron que estos dos tipos de ondas son, en efecto sincronizadas, y que al mismo tiempo hay un aumento de temperatura en la prominencia de 10.000 grados a más de 100.000 grados. Esta es la primera vez que una relación tan estrecha se estableció entre las ondas Alfvénicas y el aumento de temperatura de la prominencia.

Pero las ondas no se sincronizan en la manera que los científicos esperaban. Imaginemos mover una cuchara en un movimiento de ida y vuelta en una taza de café: la torsión semicircular fluye alrededor de los bordes de la cuchara y aparece al instante cuando la cuchara se mueve. Pero en el caso de los hilos de la prominencia, el movimiento de torsión es medio fuera de sincronía con el movimiento transversal conductor: hay un retraso entre la velocidad máxima de los movimientos transversales y la velocidad máxima del movimiento de torsión.

Para entender este patrón inesperado el equipo utilizó el superordenador ATERUI de NAOJ para hacer simulaciones 3D numéricas. De los modelos teóricos que probaron, uno que implica la absorción de resonancia proporciona el mejor partido a los datos observados. En este modelo, las ondas transversales resuenan con las ondas de torsión, el fortalecimiento de las ondas de torsión; similar a cómo un niño en un columpio puede añadir energía a la oscilación, haciendo que el swing sea más alto y más rápido, moviendo su cuerpo al ritmo de la marcha. Las simulaciones muestran que esta resonancia se produce dentro de una capa específica de la prominencia cerca de su superficie. Cuando esto sucede, se genera y se amplifica un flujo torsional medio circular alrededor del límite. Esto se conoce como el flujo resonante. Debido a su ubicación, cerca de la frontera del evento, la velocidad máxima de este flujo se retrasa a la velocidad máxima del movimiento transversal, al igual que el patrón observado en realidad.

Las simulaciones revelan además que este flujo de resonancia a lo largo de la superficie de un hilo puede llegar a ser turbulento. La aparición de la turbulencia es de gran importancia ya que es eficaz en la conversión de energía de las olas en energía térmica. Otro efecto importante de esta turbulencia es ampliar el flujo de resonancia pronosticado en los modelos al tamaño de realidad observada.

Este trabajo muestra cómo el poder de varios satélites, como Hinode e IRIS, se puede combinar para investigar y resolver los problemas de los astrofísicos y servirá de ejemplo para otras investigaciones en busca para resolver otras dudas sobre nuestro astro rey.

Estos resultados fueron publicados en The Astrophysical Journal, Vol 809, en agosto de 2015.

2 comentarios sobre “POSIBLE SOLUCIÓN AL MISTERIO DEL AUMENTO REPENTINO DE LA TEMPERATURA DE LA CORONA SOLAR

  • el agosto 25, 2015 a las 9:42 pm
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    LO PRIMERO , TODA MI ADMIRACIÓN , ME GUSTA MUCHO , SU MODO DE EXPLICARNOS LAS COSAS Y TODO LO QUE PUBLICAN , SIENTO CONFIANZA , ME INSPIRAN CONFIANZA , ESO ES MUY IMPORTANTE. QUISIERA HACER UNA PREGUNTA SOBRE QUE ES LO QUE SUCEDE CON EL CAMBIO DE LOS POLOS , SI EXTERNAMENTE NO SE NOTA NADA , SI PARECE QUE TODO ESTA EN SU SITIO , QUIERE ESTO DECIR QUE EL CAMBIO ES INTERNO ? NO LO HE EXPLICADO NADA BIEN , ¿ESTA COMPRENSIBLE ? ME PUEDEN INFORMAR SOBRE ESTE TEMA ? AGRADEZCO MUCHO SU TIEMPO .
    UN SALUDO
    MARÍA JOSE

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  • el agosto 25, 2015 a las 9:45 pm
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    HE PUESTO MI PREGUNTA EN UN SITIO EQUIVOCADO . LO SIENTO . ME REFIERO A LOS POLOS DE LA TIERRA .
    DE NUEVO UN SALUDO
    MARÍA JOSE

    Respuesta

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