Detectado el comienzo y la propagación de las ondas de materia solar

En la investigación se correlacionaron dos emisiones electromagnéticas asociadas con este fenómeno en radio y en ultravioleta extremo. Las eyecciones pueden interferir en las telecomunicaciones

Por José Tadeu Arantes

Agência FAPESP – Actualmente se conocen relativamente bien la estructura y la compleja dinámica de la atmósfera del Sol. Pero muchos aspectos aún no han sido totalmente establecidos, razón por la cual demandan nuevas investigaciones. Uno de estos aspectos es la eyección de materia solar hacia el espacio interplanetario. Se trata de un fenómeno que le interesa directamente a la humanidad, pues parte de la materia eyectada puede llegar a la Tierra e interferir en los procesos terrestres, sobre todo en las telecomunicaciones.

En un estudio llevado a cabo por investigadores de la Universidad de Vale do Paraíba (Univap), en Brasil, se investigó la relación entre la eyección de masa coronal (coronal mass ejection, CME), es decir, la expulsión de materia de la corona del Sol, y la producción de ondas de choque, que se propagan a través de la atmósfera solar.

Este estudio salió publicado en la revista Astronomy&Astrophysics por Rafael Douglas Cunha da Silva, Francisco Carlos Rocha Fernandes y Caius Lucius Selhorst. Y constituyó un despliegue de la tesis doctoral de Cunha da Silva, dirigida por Fernandes y codirigida por Selhorst, quien contó con el apoyo de la FAPESP.

“La eyección de masa coronal produce la onda de choque, que se propaga por la atmósfera solar a velocidades de entre 200 y 2.000 kilómetros por segundo. Y la perturbación desencadenada en la atmósfera por la propagación de la onda genera emisiones electromagnéticas en diversos rangos de frecuencia. Dichas emisiones son, por decirlo de alguna manera, las firmas de la onda. Nuestra investigación apuntó a correlacionar dos emisiones electromagnéticas distintas: en radio y en ultravioleta extremo”, declaró Rocha Fernandes a Agência FAPESP.

Fernandes es coordinador de la Carrera de Doctorado en Física y Astronomía de la Univap e investigador principal del proyecto temático intitulado “Desarrollo del Brazilian Decimetric Array”, que cuenta con apoyo de la FAPESP.

“Tentamos determinar a qué altura de la atmósfera solar se producen las ondas de choque y cómo se propagan. La densidad de la atmósfera solar disminuye con la altura. Y la frecuencia de las emisiones depende de la densidad del plasma local. De este modo, al medir la frecuencia, es posible calcular la densidad y, por extensión, la altura”, detalló Selhorst.

Selhorst es profesor de la Univap y lleva adelante actualmente otro proyecto de investigación con apoyo de la FAPESP, intitulado “Estudio de los cambios en el campo magnético solar a partir de observaciones en radio”.

La eyección de masa coronal (CME) libera en el espacio interplanetario una gran cantidad de materia caliente constituida principalmente por electrones y protones, y en un pequeño porcentaje, también iones de elementos más pesados, tales como helio, oxígeno y hasta hierro. Este material, junto con el llamado “viento solar”, se propaga hasta los confines de la heliósfera, mucho más allá de la órbita de Plutón, a unas 100 veces la distancia existente entre la Tierra y el Sol.

Reordenamiento del campo magnético

Las CMEs parecen estar asociadas a liberaciones súbitas de energía resultantes del reordenamiento del campo magnético en la atmósfera solar. “Son fenómenos recurrentes que, en períodos de máxima actividad, ocurren entre dos y tres veces por día en promedio. Y en períodos de baja actividad, una vez por semana”, informó Selhorst.

La emisión electromagnética observada en radio no está asociada a la CME en sí misma, sino a la onda de choque que ésta provoca al propagarse por la atmósfera del Sol. “Esa onda de choque puede detectarse vía satélite en el rango del ultravioleta. Lo que obtuvimos en el marco del trabajo fue una buena asociación temporal entre la expansión de la onda de choque, detectada en el ultravioleta extremo, y el evento en radio”, detalló Cunha da Silva.

Esta asociación resulta importante, pues, sólo en el ultravioleta, no es posible observar la producción y la propagación de la onda de choque de manera precisa, toda vez que los aparatos utilizados, tales como los satélites gemelos Stereo, tienen una resolución temporal del orden de los cinco minutos. En tanto, los datos en radio tienen una resolución temporal de la orden de los milisegundos.

“La nueva generación de instrumentos que van a bordo de los satélites mejoró muchísimo la resolución temporal de detección en ultravioleta extremo. El detector AIA, a bordo del satélite SDO, lanzado en 2010, obtienen imágenes del Sol entero cada 12 segundos. Esto hace sumamente fácil la detección de los eventos. Con todo, aún queda por resolverse el problema de que la imagen obtenida es una proyección bidimensional de un evento tridimensional”, ponderó Selhorst.

“Por eso la utilización de espectros en radio todavía constituye uno de los principales métodos de observación indirecta de la formación de ondas de choque coronales, especialmente de aquéllas producidas por expansión inicial de CMEs. El análisis de estos espectros permite estimar la altura de la atmósfera solar donde se produce la radioemisión. Y también la dirección, radial u oblicua, de la fuente emisora”, prosiguió el investigador.

Una zona de transición

La mayor parte de las eyecciones se origina relativamente cerca de “la superficie” del Sol. “La “superficie, obviamente, es un modo de decirlo. Lo que denominamos como tal es a decir verdad la zona en la cual la emisión en la luz visible se vuelve opaca e impide la observación de la estructura interna del Sol. Arriba de esa superficie opaca empieza la atmósfera solar propiamente dita, constituida por tres capas distintas: la fotósfera, la cromósfera y la corona. Entre la cromósfera y la corona solar, existe una estrecha "zona de transición”, en donde la temperatura y la densidad del plasma se alteran drásticamente.

La corona solar está tan enrarecida que sólo puede observársela a simple vista durante los eclipses totales de Sol. Para estudiar mejor los fenómenos que allí suceden, se simula un eclipse mediante la colocación de un alero (coronógrafo) para bloquear la emisión de las capas más bajas de la atmósfera solar.

“Cuando estudiamos el Sol con un instrumento más convencional como el coronógrafo, no logramos detectar el punto en el cual se generan las ondas de choque, porque el alero del coronógrafo esconde no sólo el disco solar, sino también parte de su atmósfera. En tanto, en el estudio en ultravioleta extremo y en radio, esa obstrucción no sucede. Y es posible observar el comienzo de la propagación de la onda de choque en zonas muy cercanas a la superficie”, concluyó Selhorst. 

Animación que muestra la eyección de masa coronal del Sol, con el disco solar cubierto por el coronógrafo (Archivo de los investigadores)