Físicos solares afirman haber descubierto una fuente clave de intensos rayos gamma que se liberan cuando la estrella más cercana a la Tierra produce sus erupciones más violentas.
En hallazgos publicados en Nature Astronomy, científicos del Centro de Investigación Solar-Terrestre del NJIT (NJIT-CSTR) han identificado una clase previamente desconocida de partículas de alta energía en la atmósfera superior del Sol, responsable de generar las enigmáticas señales de radiación observadas durante décadas durante las grandes erupciones solares.
Las señales se rastrearon hasta una región localizada en la corona solar durante una potente llamarada de clase X8.2 que estalló el 10 de septiembre de 2017, donde se midieron billones y billones de partículas con energías de varios millones de electrón-voltios (MeV), cientos a miles de veces más energéticas que las partículas típicas de las erupciones y que se mueven casi a la velocidad de la luz.
Los investigadores creen que estas partículas generan rayos gamma mediante un proceso conocido como bremsstrahlung, un mecanismo en el que partículas ligeras con carga, como los electrones, emiten luz de alta energía al colisionar con material en la atmósfera solar.
El equipo afirma que el descubrimiento llena lagunas cruciales en nuestra comprensión de la física de las erupciones solares y podría mejorar los modelos de actividad solar que, en última instancia, optimizarán la predicción del clima espacial.
Resolviendo el misterio de los rayos gamma
«Sabíamos que las erupciones solares producían una señal única de rayos gamma, pero esos datos por sí solos no podían revelar su origen ni cómo se generaba», declaró Gregory Fleishman, profesor de investigación de física del NJIT-CSTR y autor principal del estudio. «Sin esa información crucial, no podríamos comprender completamente las partículas responsables ni evaluar su posible impacto en nuestro entorno meteorológico espacial. Al combinar las observaciones de rayos gamma y microondas de una erupciones solares, finalmente pudimos resolver este enigma». Para encontrar la fuente, el equipo del NJIT combinó observaciones de la llamarada de 2017 realizadas con el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA y el Conjunto Solar Expandido Owens Valley (EOVSA) del NJIT, un conjunto de radiotelescopios de última generación en California.
Fermi proporcionó mediciones cruciales de las emisiones de rayos gamma de alta energía durante la llamarada, mientras que EOVSA proporcionó imágenes de microondas con resolución espacial que capturaron las firmas de partículas aceleradas en la corona solar.
Al analizar estos conjuntos de datos en conjunto, el equipo identificó una región específica en la atmósfera solar, denominada Región de Interés 3 (ROI 3), además de dos áreas previamente estudiadas, ROI 1 y ROI 2, donde convergieron las señales de microondas y rayos gamma.
Esta convergencia indicó una población única de partículas energizadas a niveles de MeV.
Poblaciones de partículas inusuales e investigación futura
«A diferencia de los electrones típicos acelerados en las erupciones solares, cuyo número suele disminuir a medida que aumenta su energía, esta población recién descubierta es inusual porque la mayoría de estas partículas tienen energías muy altas, del orden de millones de electronvoltios, con relativamente pocos electrones de menor energía presentes», explicó Fleishman.
Mediante modelos avanzados, el equipo vinculó la distribución de energía de estas partículas directamente con el espectro de rayos gamma observado, señalando la emisión de bremsstrahlung (luz de alta energía que se produce generalmente cuando los electrones colisionan con el plasma solar) como la fuente elusiva de las señales de rayos gamma.
Fleishman también afirma que sus observaciones dentro de la ROI 3, ubicada cerca de regiones con un decaimiento significativo del campo magnético y una intensa aceleración de partículas, respaldan teorías de larga data sobre cómo las erupciones solares aceleran las partículas a energías extremas y las mantienen.
«Observamos evidencia clara de que las erupciones solares pueden acelerar eficientemente partículas cargadas a energías muy altas al liberar energía magnética almacenada. Estas partículas aceleradas luego evolucionan hacia la población con un pico de MeV que descubrimos», concluyó Fleishman.
Por ahora, Fleishman afirma que aún quedan preguntas clave sobre estas poblaciones extremas de partículas.
Pronto podrían obtenerse perspectivas observacionales futuras del Conjunto Solar Ampliado Owens Valley (EOVSA) del NJIT, actualmente en proceso de actualización a EOVSA-15. Este proyecto, dirigido por Bin Chen, profesor de física del NJIT-CSTR y director de EOVSA (coautor del estudio), mejorará el conjunto con 15 nuevas antenas y alimentadores avanzados de banda ultraancha.
«Una gran incógnita es si estas partículas son electrones o positrones», afirmó Fleishman. «Medir la polarización de las emisiones de microondas de eventos similares podría proporcionar una forma definitiva de distinguirlas. Esperamos obtener esta capacidad pronto con la actualización de EOVSA-15».
Con información de Nature
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