Las imágenes del Sol con mayor resolución hasta la fecha revelan misterios magnéticos
Por Ashley Strickland, CNN
El telescopio solar más potente del mundo capturó las observaciones de mayor resolución de la superficie visible del Sol y reveló un proceso oculto que impulsa la actividad solar.
Los científicos utilizaron el Telescopio Solar Daniel K. Inouye de la Fundación Nacional de Ciencias, ubicado cerca de la cima de Haleakalā, un volcán en la isla hawaiana de Maui, para observar con gran detalle una zona magnéticamente activa cerca de una mancha solar. Las manchas solares se consideran puntos calientes de actividad solar.
Las imágenes y los videos en cámara rápida que obtuvieron revelan una visión sin precedentes de la compleja y dinámica fotosfera del Sol, la superficie visible del Sol que existe como una delgada capa atmosférica moldeada por campos magnéticos y corrientes de plasma fluido.
La combinación de las imágenes detalladas con simulaciones por computadora ayudó a los investigadores a lograr un importante avance en la física solar: identificar la huella de pequeños remolinos en la superficie del Sol que podrían tener un impacto directo en la vida en la Tierra.
Conocida como inestabilidad Kelvin-Helmholtz (IKH), esta formación de remolinos podría explicar misterios solares persistentes, como por qué la corona solar, o atmósfera exterior, es mucho más caliente que su superficie.
Estos remolinos también podrían alimentar la acumulación de energía magnética solar, que impulsa las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal. Cuando se dirige hacia la Tierra, esta actividad solar expulsa partículas que pueden interferir con satélites, redes eléctricas y otras infraestructuras de comunicaciones.
Los hallazgos, publicados el miércoles en la revista Nature, podrían ayudar a los científicos a comprender el comportamiento y la actividad del Sol, que son difíciles de predecir.
“Aunque los modelos teóricos habían sugerido que las condiciones adecuadas para la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz podrían existir en la fotosfera, ver estas estructuras extendidas por la superficie fue una gran sorpresa”, escribió en un correo electrónico el Dr. David Kuridze, autor principal del estudio y astrónomo asistente del Observatorio Solar Nacional en Boulder, Colorado. “La formación de vórtices en el Sol ha sido durante mucho tiempo una cuestión central en la física solar. Por primera vez, hemos identificado tanto su origen como su mecanismo impulsor”.
La inestabilidad de Kelvin-Helmholtz se produce cuando dos fluidos que viajan a velocidades diferentes se mueven uno junto al otro, creando pequeñas perturbaciones que dan lugar a vórtices en espiral, según el estudio.
Los científicos han observado este patrón de inestabilidad en las olas de lagos y océanos, en la formación de nubes y en las atmósferas de grandes planetas gaseosos como Júpiter y Saturno.
“Un hermoso ejemplo de inestabilidades de Kelvin-Helmholtz se da en los límites de las bandas de nubes de Júpiter, lo que da lugar a vórtices en los bordes”, dijo la Dra. Maria Weber, profesora asociada de física y directora del planetario de la Universidad Estatal de Delta en Mississippi. “El ejemplo más notable de todas es la Gran Mancha Roja”.
Weber no participó en el nuevo estudio.
Las imágenes del telescopio Inouye marcan la primera vez que se observa este fenómeno en el Sol.
Los científicos han creído durante mucho tiempo que el Sol acumula reservas de energía magnética a través del “trenzado de flujo”, cuando las líneas del campo magnético se entrelazan.
Los investigadores se dieron cuenta de que los remolinos que se producen a lo largo de los bordes de las regiones magnéticas en la superficie solar podrían entrelazar los campos magnéticos. Estas formaciones también explican cómo el calor llega a la atmósfera exterior del Sol.
“La inestabilidad de Kelvin-Helmholtz (KHI, por sus siglas en inglés) es una forma muy eficiente que tiene el Sol de fragmentar grandes flujos de plasma en movimientos más pequeños”, afirmó Kuridze. “Cuando se produce KHI en el sistema, resulta mucho más fácil desencadenar una cascada de energía hacia escalas diminutas, microscópicas; una vez que la energía alcanza esas microescalas, puede liberarse fácilmente en forma de calor. Por tanto, detectar la KHI en la superficie solar nos aporta una pieza clave que faltaba en el rompecabezas”.
Los vórtices magnéticos generados por la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz actúan, en la práctica, como motores a pequeña escala capaces de generar, transportar y liberar energía por toda la superficie solar, señaló.
“Todavía estamos tratando de reconstruir la historia completa de cómo el Sol genera y mantiene su magnetismo en todas las escalas”, comentó Weber. “Este trabajo es de gran ayuda”.
Estos remolinos en constante movimiento pueden actuar como reservas de energía para fenómenos solares de mayor envergadura, como las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal. Sin embargo, el Sol genera continuamente diminutas nanoerupciones y otros fenómenos a pequeña escala, añadió Kuridze.
“Resulta que estos microeventos influyen más en la estructura térmica y magnética del Sol que las erupciones masivas, que son poco frecuentes”, afirmó. “Existe un amplio consenso en la comunidad de física solar: comprender el comportamiento global del Sol empieza por entender estas microescalas. El magnetismo solar está determinado fundamentalmente por estos eventos a pequeña escala que, en última instancia, impulsan la meteorología espacial que afecta a la infraestructura tecnológica de la Tierra”.
El Dr. Nour Rawafi, científico del proyecto de la sonda solar Parker de la NASA en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (Maryland), calificó el descubrimiento como un avance significativo que podría mejorar notablemente la comprensión científica de la dinámica de la atmósfera inferior del Sol. Rawafi no participó en este nuevo estudio.
“Ofrece un posible mecanismo sobre cómo la abundante energía mecánica generada en la atmósfera solar inferior y en la zona de convección se transforma y transfiere a la atmósfera superior del Sol”, escribió Rawafi en un correo electrónico. “Los remolinos generalizados y las inestabilidades de Kelvin-Helmholtz asociadas tienen sentido físico; simplemente no teníamos la capacidad de observar las diminutas estructuras solares donde ocurren con tanta abundancia”.
Las observaciones del telescopio coincidieron estrechamente con simulaciones informáticas avanzadas que el equipo también realizó durante el estudio. Estas simulaciones permitieron al equipo interpretar lo que veían en los datos del telescopio y desentrañar detalles que resultan más difíciles de medir mediante la observación directa.
Las futuras observaciones podrían determinar con precisión las conexiones físicas que permitan predecir grandes erupciones y tormentas solares.
Las observaciones fueron posibles gracias al telescopio Inouye, que ha proporcionado imágenes solares impresionantes desde 2019.
El telescopio cuenta con un espejo de 4 metros de diámetro, un sistema de óptica adaptativa que corrige la distorsión de la imagen causada por la atmósfera terrestre e instrumentos capaces de realizar observaciones en la fotosfera solar, en la cromosfera (la segunda capa de su atmósfera) y en la corona, señaló el coautor del estudio, el Dr. Friedrich Wöger, científico principal del Observatorio Solar Nacional.
“La escala y el rendimiento del Inouye, combinados con sus capacidades instrumentales únicas, lo convierten en una instalación de clase mundial sin igual, lo que hace posible este tipo de trabajo”, afirmó Wöger.
Rawafi considera que esto es solo el comienzo de lo que el telescopio podría revelar sobre el Sol.
“Está abriendo una ventana totalmente nueva hacia el Sol, y espero que sigan muchos más descubrimientos transformadores”, escribió.
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