Un proyecto para avanzar en el conocimiento de las explosiones solares

Un exbecario de la FAPESP que realiza su posdoctorado en la University of Glasgow, en Escocia, es el único representante brasileño en un consorcio de investigación integrado por siete instituciones europeas

Por Elton Alisson

Agência FAPESP – Un consorcio integrado por siete universidades e instituciones de investigación europeas se ha venido dedicando durante los últimos dos años a estudiar la Física de las explosiones solares, consideradas como los eventos más intensos de liberación de energía en el Sistema Solar.

El proyecto, denominado F-CHROMA –las siglas en inglés de Flare Chromospheres: observations, models and archives–, cuenta con financiación del Séptimo Programa Marco de la Comisión Europea (FP7), y con la participación del investigador Paulo Simões, quien realiza su posdoctorado en la Escuela de Física y Astronomía de la University of Glasgow, en Escocia.

Simões, el único representante brasileño en el proyecto, realizó –con Becas de la FAPESP– su iniciación a la investigación científica y un posdoctorado en la Universidad Presbiteriana Mackenzie (UPM), en São Paulo, Brasil, aparte de su maestría y su doctorado en el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe).

El investigador estuvo a comienzos de agosto en la UPM, donde participó en un coloquio sobre explosiones solares en la cromosfera solar por invitación del Centro de Radioastronomía y Astrofísica Mackenzie (CRAAM).

“El objetivo principal del proyecto F-CHROMA es expandir el conocimiento sobre la Física de las explosiones solares, confrontando las teorías y los modelos actuales con observaciones de altísima resolución”, declaró Simões a Agência FAPESP.

Las explosiones solares son erupciones repentinas en la superficie del Sol, caracterizadas por la liberación de grandes cantidades de radiación y que pueden tener su causa en alteraciones locales del campo electromagnético solar. Estos eventos influyen sobre el clima espacial e interfieren en la transmisión de datos vía satélite, por ejemplo.

Explosiones solares de mediano porte pueden liberar una energía equivalente a 100 millones de megatones de TNT en tan sólo algunos minutos –10 mil veces más fuerte que todas las armas nucleares almacenadas en el planeta–, que en gran medida se transforma, en última instancia, en radiación electromagnética.

Esa radiación electromagnética es emitida fundamentalmente en una capa fina de la atmósfera del Sol llamada cromosfera. Ésta es una zona de transición entre la fotosfera –la capa externa visible del Sol– y la corona solar –la atmósfera superior de la estrella–, y se la apunta como la principal región de disipación y radiación electromagnética.

“En la actualidad, la teoría usual sugiere que los electrones se aceleran en alguna región de la corona solar y que esas partículas viajan a lo largo del campo magnético solar y llegan a la cromosfera”, dijo Simões.

“Al llegar, esos electrones entran en colisión con otras partículas que ya se encontraban en la cromosfera, tales como protones y otros electrones, y depositan energía, alterando las condiciones de la cromosfera”, detalló.

La meta de los científicos consiste en intentar entender de qué manera responde la cromosfera a la entrada de esa energía durante las explosiones solares, en términos de alteraciones de temperatura, densidad y ionización (electrificación) de elementos presentes en ella, tales como hidrógeno y helio, fundamentalmente.

“Aspiramos a entender mejor cuáles son las condiciones iniciales de una explosión solar, y también cómo evoluciona este evento y qué sucede con la cromosfera durante la entrada de energía y la salida de la radiación electromagnética generada por una explosión solar”, dijo Simões.

“Esto puede contribuir en la expansión del conocimiento acerca de cómo se almacena, se libera y se convierte en otras formas de energía aquélla liberada por una explosión solar.”

De acuerdo con el investigador, el material de la atmósfera solar, así como el 99% del universo visible, está compuesto por un gas electrificado –el plasma – que lleva a la formación de un campo magnético.

Al estudiar la liberación de energía y radiación en explosiones solares, también es posible conocer mejor el funcionamiento de plasmas astrofísicos y procesos de alta energía asociados con diversos objetos astrofísicos, tales como los cuásares, apuntó.

“El Sol es un laboratorio de plasma. Al estudiarlo, es posible entender mejor cómo actúan el plasma y un campo magnético o cómo se transfiere energía de una región a otra, entre otros diversos temas”, dijo Simões.

El conocimiento sobre la actividad del Sol también puede aplicarse al estudio de otros objetos astronómicos, tales como las estrellas, y puede ayudar en la búsqueda de exoplanetas habitables (planetas que orbitan una estrella distinta al Sol).

También se observan explosiones en otras estrellas, con mayor intensidad que las que ocurren en el Sol, pero todavía no se sabe por qué sucede eso, dijo Simões.

“La mayor parte de los aspectos relacionados con la Física de las explosiones solares pueden emplearse para estudiar otros objetos astronómicos”, dijo el investigador.

Los primeros resultados

Con el fin de estudiar las explosiones solares, los investigadores participantes en el proyecto F-CHROMA están combinando datos de observaciones vía satélite y terrestres con modelado teórico y computacional avanzado.

Algunas de las observaciones solares terrestres se están concretando mediante el empleo de telescopios ópticos como el Dunn Solar Telescope (DST), instalado en Nuevo México, en Estados Unidos, y el Swedish Solar Telescope (SST), en Islas Canarias, España.

En tanto, las observaciones en el espacio se realizan con sondas no tripuladas como Solar Dynamics Observatory (SDO), lanzada a comienzos de 2010, e Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS), lanzada en junio de 2013, ambas pertenecientes a la agencia espacial estadounidense, la Nasa.

Mediante datos recabados con un instrumento a bordo de la SDO, el Atmospheric Imaging Assembly (AIA) –que suministra observaciones constantes de la corona solar y de la cromosfera en el rango del ultravioleta–, y con el satélite Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI), también de la Nasa, el investigador y otros colaboradores del proyecto observaron que, al comenzar las explosiones solares, el plasma de una zona situada entre la baja corona solar y la cima de la cromosfera registra una altísima temperatura, que varía de 6 a 12 millones de grados.

“Esta hipótesis ya había sido sugerida por otros científicos a comienzos de la década de 1990, pero no había datos suficientes de observaciones como para comprobarla. Ahora hemos demostramos que el plasma de esa región se vuelve efectivamente muy caliente al comienzo de las explosiones solares”, dijo Simões.

Los resultados del F-CHROMA se emplearán en grandes proyectos futuros de observaciones solares, tales como el telescopio solar Daniel K. Inouye, cuya entrada en operación está prevista para el año 2019 en Hawái, y la sonda solar Orbiter, de la agencia espacial europea –la ESA–, con previsión de lanzamiento al espacio en 2018, que será una de las primeras en llegar más cerca del Sol.

Puede leerse el artículo intitulado Impulsive heating of solar flare ribbons above 10 MK (doi: 10.1007/s11207-015-0709-9), de Simões y otros, en la revista Solar Physics, en: link.springer.com/article/10.1007%2Fs11207-015-0709-9#.