Una ilusión solar: los bucles coronales pueden no ser lo que parecen


La investigación, dirigida por el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR) y publicada en The Astrophysical Journal, se basó en una simulación 3D realista y de vanguardia de la corona solar. La simulación, realizada en NCAR hace varios años, permitió a los científicos cortar la corona en distintas secciones en un esfuerzo por aislar bucles coronales individuales.

Lo que encontraron es que muchos de los bucles no eran bucles en absoluto.

Si bien el equipo de investigación pudo identificar algunos de los bucles coronales que estaban buscando, también encontraron que, en muchos casos, lo que parecen ser bucles en las imágenes tomadas del Sol pueden ser en realidad arrugas de plasma brillante en la atmósfera solar. A medida que las láminas de plasma brillante se pliegan sobre sí mismas, los pliegues se ven como líneas finas y brillantes, que imitan el aspecto de hebras de plasma distintas e independientes.

Los hallazgos, que el equipo de investigación llama la hipótesis del «velo coronal», tienen implicaciones significativas para nuestra comprensión del Sol, ya que los supuestos bucles coronales se han utilizado durante décadas como una forma de inferir información sobre densidad, temperatura y otros físicos. Características de la atmósfera solar.

«He pasado toda mi carrera estudiando los bucles coronales», dijo la científica del NCAR Anna Malanushenko, quien dirigió el estudio. «Estaba emocionado de que esta simulación me diera la oportunidad de estudiarlos con más detalle. Nunca esperé esto. Cuando vi los resultados, mi mente explotó. Este es un paradigma completamente nuevo para comprender la atmósfera del Sol».

La investigación fue financiada por la NASA e incluyó colaboradores del Observatorio de Gran Altitud de NCAR, el Laboratorio de Astrofísica y Solar Lockheed Martin, el Instituto de Investigación del Suroeste y la NASA Goddard. NCAR está patrocinado por la Fundación Nacional de Ciencias.

Intuición desafiante

Lo que parecen ser bucles coronales se pueden ver en imágenes tomadas del Sol en luz ultravioleta extrema. La suposición de que existen es natural para los científicos porque se ajusta a nuestra comprensión más básica del magnetismo.

La mayoría de los escolares han visto en algún momento lo que sucede cuando se rocían limaduras de hierro cerca de una barra magnética. Las limaduras se orientan a lo largo de las líneas de campo magnético que van de un polo de la barra magnética al otro. Estas líneas curvas se extienden, haciéndose más débiles y menos densas cuanto más se alejan del imán.

Los bucles coronales aparentes en las imágenes del Sol se ven sorprendentemente similares, y dado que hay un campo magnético significativo en el Sol, la existencia de líneas de campo magnético que podrían atrapar una cuerda de plasma entre ellas y crear bucles parece una explicación obvia. Y, de hecho, el nuevo estudio confirma que es probable que tales bucles existan.

Sin embargo, los bucles coronales que se ven en el Sol nunca se han comportado exactamente como deberían, según nuestra comprensión de los imanes. Por ejemplo, los científicos esperarían que las líneas del campo magnético del Sol se separaran, al igual que en el experimento de las limaduras de hierro, a medida que se asciende en la corona. Si esto sucediera, el plasma atrapado entre las líneas de campo también se extendería entre los límites, creando bucles más gruesos y menos brillantes. Pero las imágenes del Sol no muestran este fenómeno. En cambio, los bucles más alejados aún parecen delgados y brillantes.

La posibilidad de que estos bucles sean en cambio arrugas en un velo coronal ayuda a explicar esta y otras discrepancias con nuestras expectativas de los bucles, pero también plantea nuevas preguntas. Por ejemplo, ¿qué determina la forma y el grosor de los pliegues? ¿Y cuántos de los bucles aparentes en las imágenes del Sol son en realidad hilos reales y cuántos son ilusiones ópticas?

«Este estudio nos recuerda como científicos que siempre debemos cuestionar nuestras suposiciones y que, a veces, nuestra intuición puede jugar en nuestra contra», dijo Malanushenko.

Modelo innovador ofrece una nueva vista del Sol

El descubrimiento de que los bucles coronales pueden ser ilusiones fue posible gracias a una simulación extremadamente detallada de la corona solar producida por MURaM, un modelo magnetohidrodinámico radiativo que se amplió para modelar la corona solar en un esfuerzo dirigido por NCAR.

La simulación fue innovadora cuando se produjo por primera vez porque podía modelar simultáneamente lo que sucedía en múltiples regiones del Sol, desde la parte superior de la zona convectiva (unos 10 000 kilómetros por debajo de la superficie del Sol) hasta la superficie solar y más allá, hasta casi 40.000 kilómetros en la corona solar. Estas regiones variadas del Sol cubren una amplia gama de condiciones físicas, incluidas las diferencias en densidad y presión, por lo que los científicos no habían descubierto previamente una forma de representar matemáticamente estas regiones en una simulación unificada.

Entre otros resultados, la nueva simulación pudo capturar el ciclo de vida completo de una llamarada solar por primera vez, desde la acumulación de energía debajo de la superficie solar hasta la aparición de la llamarada en la superficie y, finalmente, la liberación explosiva de energía.

El modelo también produjo conjuntos de datos tridimensionales que contienen la estructura del campo magnético y el plasma, que pueden usarse para generar observaciones «sintéticas». Debido a que la corona solar es ópticamente delgada, lo que significa que es relativamente fácil ver a través de ella, las estructuras de la corona se superponen entre sí en las imágenes del Sol. Esto hace que sea difícil saber si un «bucle» que se superpone a otros bucles está delante o detrás. También es difícil saber si el bucle en sí tiene una sección transversal compacta, como una manguera de jardín, o se parece a una cinta larga vista de lado. También es posible que lo que parece ser una hebra delgada sea un artefacto óptico causado por un pliegue en una hoja de plasma brillante.

Los cubos de datos producidos por MURaM brindan a los científicos la oportunidad de diseccionar la atmósfera solar y estudiar las estructuras superpuestas por separado, algo que no es posible con los observatorios e instrumentos que tenemos actualmente.

Si bien la simulación MURaM es una de las más realistas jamás creadas de la corona solar, sigue siendo solo un modelo. Comprender cuántos bucles coronales son en realidad ilusiones ópticas requerirá métodos de observación cuidadosamente diseñados que prueben la corona y nuevas técnicas de análisis de datos.

«Sabemos que diseñar tales técnicas sería extremadamente desafiante, pero este estudio demuestra que la forma en que actualmente interpretamos las observaciones del Sol puede no ser adecuada para que entendamos verdaderamente la física de nuestra estrella», dijo Malanushenko.

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