Una nueva ventana de investigación en Física Solar: Espectropolarimetría Ultravioleta

El experimento CLASP, motivado por investigaciones teóricas realizadas en el IAC, abre una nueva ventana de investigación en Astrofísica al lograr medir señales de polarización en dos líneas espectrales de la radiación ultravioleta del Sol. La polarización observada proporciona información sobre el campo magnético y geometría del plasma en la enigmática región de transición entre la cromosfera y corona del Sol. CLASP es un proyecto internacional cuyos primeros resultados se acaban de publicar en la revista “The Astrophysical Journal”.

IMAGEN: Observaciones obtenidas con CLASP de la intensidad y polarización de la radiación solar en la línea Lyman-alfa del hidrógeno a 1216 Angstroms. PANEL IZQUIERDO: imagen de la región del Sol observada por CLASP (1 arcsec corresponde a 725 km sobre el disco solar). La línea negra indica la posición de la rendija del espectro-polarímetro. PANEL DERECHO: para cada punto a lo largo de dicha rendija, la figura muestra la variación con la longitud de onda de la intensidad I (primer panel) y de la polarización lineal fraccional Q/I (paneles segundo y tercero) y U/I (paneles cuarto y quinto). El parámetro de Stokes I cuantifica la intensidad de la radiación para cada longitud de onda, mientras que los parámetros de Stokes Q y U cuantifican la polarización lineal. Crédito: Kano, Trujillo Bueno, Winebarger et al. (2017; ApJ, 839, L10).

El instrumento CLASP (Chromospheric Lyman-Alpha SpectroPolarimeter), lanzado el 3 de septiembre de 2015 en un cohete suborbital de la NASA, midió por primera vez la polarización de la radiación ultravioleta del Sol en las líneas Lyman-alfa del hidrógeno y del Si III a 1206 Angstroms. El instrumento realizó las observaciones por encima de 150 km de altura, donde dicha radiación ultravioleta comienza a ser medible, mientras ascendía hasta 300 kilómetros de altura siguiendo una trayectoria parabólica (véase el vídeo). Los cuatro centros de investigación responsables de esta misión (NAOJ, NASA/MSFC, IAS, IAC) anuncian hoy los primeros resultados publicados.

La importancia de este experimento internacional, que surgió como resultado de investigaciones teóricas realizadas en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), reside en que abre una nueva ventana para la exploración del campo magnético y la geometría del plasma en la región de transición entre la cromosfera y la corona del Sol. Se sabe muy poco de los mecanismos físicos que dominan el comportamiento de esta enigmática región de la atmósfera solar donde, en apenas 100 km, la temperatura pasa de diez mil grados en la cromosfera a más de un millón de grados en la corona. La clave está en los campos magnéticos. Por ello, CLASP observa la polarización en líneas del espectro ultravioleta, sensible mediante el efecto Hanle a la presencia de campos magnéticos en la base de la corona solar. El efecto Hanle consiste en la modificación, debida a la acción de un campo magnético, de la polarización lineal producida por procesos de “scattering” (absorción y re-emisión de fotones) en una línea espectral.

“Mientras que la polarización de la línea Lyman-alfa es sensible a campos magnéticos con intensidades entre 10 y 100 gauss –explica Javier Trujillo Bueno, Profesor de Investigación del CSIC en el IAC y uno de los cuatro investigadores principales del proyecto CLASP-, la línea del Si III lo es a campos magnéticos más intensos. La medida simultánea de la polarización en dos líneas espectrales con diferente sensibilidad puede ayudarnos a determinar con mayor precisión el campo magnético en las regiones externas de la atmósfera solar (cromosfera, región de transición y corona)”.

Además, es en esas regiones de la atmósfera solar donde se producen los fenómenos explosivos que pueden afectar seriamente a la magnetosfera de la Tierra, el escudo que nos protege de las partículas energéticas del viento solar. “Por eso es de enorme importancia –asegura  Andrés Asensio Ramos, otro de los científicos del IAC que participa en el proyecto CLASP- desarrollar nuevas técnicas para determinar el campo magnético del plasma en la alta cromosfera y corona del Sol”.

Espectropolarimetría ultravioleta

Al haber medido por primera vez la polarización predicha, este experimento supone un hito en Física Solar. CLASP ha abierto una nueva ventana de investigación en Astrofísica: la espectropolarimetría ultravioleta.

“Este experimento –asegura Luca Belluzzi, otro de los miembros del proyecto CLASP que trabaja ahora en el Istituto Ricerche Solari Locarno (IRSOL, Suiza)- ha confirmado los resultados de las investigaciones teóricas que motivaron su desarrollo. Por ejemplo, las significativas señales de polarización observadas en las alas de la línea Lyman-alfa demuestran el importante impacto de las interferencias mecano-cuánticas que se producen entre los niveles atómicos superiores de tal línea espectral (efectos que no pueden observarse fácilmente en los laboratorios terrestres)”.

Por otra parte, CLASP ha mostrado una sorpresa de gran interés científico. “En el centro de la línea Lyman-alfa, donde opera el efecto Hanle, la variación espacial de la polarización lineal observada no se puede explicar con los modelos tridimensionales actuales de la cromosfera solar”, comenta Jiri Stepan, científico de la Academia de Ciencias de la República Checa que se encuentra actualmente en estancia de sabático en el IAC en el marco del programa de investigadores visitantes de la Fundación Jesús Serra y del programa Severo Ochoa. “Este hecho sugiere que su estructura térmica y magnética es mucho más compleja”, apunta este investigador que también es miembro del proyecto CLASP.

Con la ayuda de supercomputadores, como el MareNostrum del Centro Nacional de Supercomputación, en Barcelona, estos científicos están descifrando cómo es el magnetismo y geometría del plasma de la región de transición entre la cromosfera y corona del Sol. Asimismo, en el marco de una prestigiosa subvención del Consejo Europeo de Investigación, concedida recientemente a Javier Trujillo Bueno, el equipo realizará nuevas investigaciones. Estas serán importantes para el segundo vuelo de CLASP, recientemente aceptado por la NASA, que en el año 2019 observará las líneas resonantes del magnesio ionizado, así como para interpretar las extraordinarias observaciones espectro-polarimétricas que se lograrán con la nueva generación de telescopios terrestres y espaciales.

Fuentes:

The Astrophysical Journal

http://www.iac.es/divulgacion.php?op1=16

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