El Telescopio Solar Sueco del Observatorio de La Palma contribuye a descubrir el origen de las espículas solares

Combinando observaciones y simulaciones por ordenador, un nuevo modelo demuestra que la presencia de neutros en la atmósfera solar facilita que los campos magnéticos atraviesen la superficie del Sol produciendo las espículas. En este estudio, dirigido por un astrofísico de la Universidad de La Laguna, ha participado el Telescopio Solar Sueco del Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma.

En cualquier momento, hasta 10 millones de chorros gigantescos de materia salen despedidos de la superficie del Sol a toda velocidad. A pesar de su abundancia, estos jets de plasma, denominados espículas, suponían un misterio porque no se entendía cómo se formaban, ni si influían en el calentamiento de las capas exteriores de la atmosfera del Sol o el viento solar. Ahora, por primera vez, un equipo científico ha revelado su naturaleza combinando simulaciones e imágenes tomadas con el espectrógrafo IRIS de la NASA y el Telescopio Solar Sueco del Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). El estudio, liderado por el investigador del Lockheed Martin’s Solar and Astrophysics Laboratory (California, EEUU) y astrofísico por la Universidad de La Laguna (ULL) Juan Martínez-Sykora, se publica hoy en la revista Science.

Las observaciones se hicieron con IRIS (NASA’s Interface Region Imaging Spectrograph), un telescopio espacial ultravioleta de 20 cm con un espectrógrafo capaz de observar detalles de unos 240 km, y con el Telescopio Solar Sueco, ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos. Esta nave espacial y el telescopio terrestre estudian desde las capas inferiores de la atmósfera solar (cromosfera y la región de transición), donde se forman las espículas, hasta la corona.

Además de las imágenes, usaron simulaciones por ordenador cuyo código desarrollaron durante casi una década. “En nuestra investigación –explica Bart De Pontieu, también autor del estudio- ambas van de la mano. Las comparamos para averiguar como de bien se reproducen, así como para interpretar nuestras observaciones espaciales”.

El modelo que generaron se basa en la dinámica del plasma, un gas muy caliente parcialmente ionizado y que fluye a lo largo de los campos magnéticos. Las versiones anteriores consideraban la parte baja de la atmosfera como un plasma uniforme o completamente cargado, pero sospechaban que algo faltaba ya que nunca detectaron espículas en las simulaciones.

La solución, finalmente, la hallaron en las partículas neutras. Los científicos se inspiraron en la propia ionosfera de la Tierra, una región superior de la atmósfera donde las interacciones entre partículas neutras y cargadas son responsables de numerosos procesos dinámicos. En regiones más frías del Sol, tales como la región de transición, no todas las partículas de gas están eléctricamente cargadas. Algunas partículas siguen siendo neutras y no están sujetas a los campos magnéticos. Los modelos anteriores partieron de un gas completamente ionizado para simplificar el problema porque, además de costosos, computarlos requiere mucho tiempo (los superordenador de la NASA han necesitado un año para el actual modelo). Ahora se sabe que las partículas neutras son una pieza necesaria en el rompecabezas.

En la imagen superior obtenida con el espectrógrafo IRIS de la NASA, se aprecia en el borde o limbo del Sol la multitud de chorros de materia que salen despedidos de la superficie. En la imagen del centro, el modelo numérico es capaz de reproducir los chorros. En la imagen inferior, tomada con el Telescopio Solar Sueco del Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma), los chorros se observan en el disco solar como estructuras filamentosas de corta duración y que se reflejan en el espectro desplazadas al azul porque se aproximan a nosotros.

“Normalmente –añade Juan Martínez-Sykora, autor principal de este trabajo- los campos magnéticos están fuertemente asociados a partículas cargadas. Si solo considerábamos a estas últimas, los campos magnéticos se atascaban y no despegaban de la superficie. Cuando añadimos partículas neutras, los campos magnéticos podían moverse con mayor libertad”.

Las partículas neutras proporcionan la flotabilidad que los nudos magnéticos necesitan para atravesar el plasma hirviendo, y alcanzar la superficie. Allí, se rompen en espículas, liberando la tensión en forma plasma y energía. Las simulaciones del modelo coincidían estrechamente con las observaciones: las espículas se sucedían de forma natural y frecuente.

“Este resultado es un claro ejemplo del gran avance que se puede conseguir al combinar métodos teórico-numéricos poderosos, observaciones de última generación y herramientas de supercomputación para comprender mejor los fenómenos astrofísicos”, explica Fernando Moreno-Insertis, físico solar del IAC, catedrático de la ULL y supervisor del trabajo Diploma de Estudios Avanzados (DEA) de Juan Martínez-Sykora. “La gran complejidad de muchos de los fenómenos que ocurren en la atmósfera solar nos obliga a considerar al mismo tiempo la dinámica del gas parcialmente ionizado, el campo magnético y la interacción radiación-materia para poder explicarlos satisfactoriamente”, aclara este científico.

Por último, el modelo también reveló algo inesperado sobre el transporte de energía. Al parecer, la energía generada en este proceso es lo suficientemente alta como para producir ondas de Alfvén, que podrían ser fundamentales para calentar la atmósfera de nuestra estrella y propulsar el viento solar, una corriente de partículas energéticas viajando por nuestro espacio más cercano.

La Academia Nacional de Ciencias concedió la “Medalla Arctowski 2017” a Mats Carlsson y Viggo H. Hansteen, ambos autores de este estudio e investigadores de la Universidad de Oslo (Noruega), por liderar el equipo que ha desarrollado el código del modelo en el que Juan Martínez-Sykora incluyó los efectos producidos por la presencia de las partículas neutras.

Artículo: “On the generation of solar spicules and Alfvenic waves”, por J. Martínez-Sykora et al. DOI: 10.1126/science.aah5412

http://science.sciencemag.org/content/356/6344/1269/tab-pdf