Una llamarada solar gigante en nuestro Sol fue impulsada por una avalancha de perturbaciones magnéticas más pequeñas, proporcionando la información más clara hasta ahora sobre cómo se libera la energía de nuestra estrella en un torrente de luz ultravioleta y rayos X de alta energía. El descubrimiento fue realizado por la misión Solar Orbiter de la Agencia Espacial Europea (ESA), que está obteniendo imágenes del Sol desde más cerca que cualquier nave espacial anterior.
Algunas erupciones solares pueden provocar eyecciones de masa coronal (CME), enormes columnas de plasma expulsadas de la corona del sol hacia el espacio profundo. Si su trayectoria lejos del Sol se cruza con la ubicación de la Tierra, pueden desencadenar tormentas geomagnéticas que pueden dañar satélites y redes eléctricas al tiempo que interrumpen las comunicaciones y nos deslumbran con coloridas luces aurorales.
Cuanto más aprendamos sobre cómo se desencadenan las erupciones solares, mejor preparados estaremos para predecir cuándo está a punto de ocurrir una erupción dañina y una CME. Las nuevas observaciones de Solar Orbiter son un paso importante para poder hacer esto.
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“Este es uno de los resultados más interesantes de Solar Orbiter hasta el momento”, dijo en un comunicado Miho Janvier, codirector científico del proyecto de la ESA en Solar Orbiter. “Las observaciones de Solar Orbiter revelan el motor central de una llamarada y enfatizan el papel crucial que desempeña un mecanismo de liberación de energía magnética similar a una avalancha en funcionamiento”.
Llegando al fondo de las erupciones solares
El 30 de septiembre de 2024, Solar Orbiter se acercó a 43,3 millones de kilómetros (27 millones de millas) del sol, cuando fue testigo de la erupción de una llamarada solar de clase media. Gracias a cuatro de los instrumentos de Solar Orbiter trabajando al unísono para observar la llamarada, los científicos han visto, por primera vez, cómo las inestabilidades magnéticas más pequeñas pueden acumularse en una llamarada grande, como una avalancha en una ladera nevada que se origina a partir de una perturbación relativamente pequeña.
“Tuvimos mucha suerte de presenciar los eventos precursores de esta gran llamarada con tan bello detalle”, dijo el autor principal de la investigación, Pradeep Chitta, del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar, Alemania. “Realmente estábamos en el lugar correcto en el momento correcto para captar los finos detalles de esta llamarada”.
Las llamaradas solares son producto de la reconexión magnética. Esto ocurre cuando las líneas del campo magnético del Sol, unidas con plasma de alta energía, se tensan y se rompen, liberando enormes cantidades de energía antes de que las líneas de campo se vuelvan a conectar. Sin embargo, los orígenes precisos de las erupciones solares han sido secretos. ¿Son una erupción única y poderosa o una acumulación de eventos de reconexión más pequeños? Al menos para la erupción del 30 de septiembre, Solar Orbiter encontró la respuesta.
Comenzando con su cámara ultravioleta extrema (EUI), Solar Orbiter fue testigo de la generación de la llamarada en el transcurso de 40 minutos. EUI detectó cambios en el entorno magnético de la corona solar local al punto de erupción de la llamarada, capturando detalles tan pequeños como unos pocos cientos de kilómetros en escalas de tiempo de menos de dos segundos, que es el tiempo cubierto en cada cuadro de imagen.
La nave espacial vio un filamento arqueado hecho de campos magnéticos entrelazados que transportaban plasma y conectados a una región de actividad magnética en forma de cruz entrelazada con más líneas de campo magnético. Observó cómo la región se volvía cada vez más inestable, las líneas de campo se rompían y se reconectaban, liberando ráfagas de energía que aparecían como puntos de luz brillantes.
Estas ráfagas fueron el comienzo de la avalancha. Desencadenaron una reacción en cadena de eventos de reconexión cada vez más poderosos. En un momento, el filamento arqueado se desprendió de uno de sus puntos de anclaje en el sol y se lanzó al espacio, arrastrado por la ferocidad del viento solar. La cascada de eventos de reconexión más pequeños rápidamente cobró fuerza antes de culminar como un estallido de clase media.
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“Estos minutos antes de la llamarada son extremadamente importantes, y Solar Orbiter nos dio una ventana justo al pie de la llamarada, donde comenzó este proceso de avalancha”, dijo Chitta. “Nos sorprendió cómo la gran llamarada es impulsada por una serie de eventos de reconexión más pequeños que se propagan rápidamente en el espacio y el tiempo”.
Otros tres instrumentos a bordo del Solar Orbiter – SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment), STIX (Espectrómetro/Telescopio de rayos X) y PHI (Polarimetric and Heliosismic Imager) – también observaron la llamarada, midiendo eventos a diferentes profundidades en la atmósfera del sol, desde la atmósfera exterior, la corona, hasta la superficie visible del sol, llamada fotosfera. Capturaron ondas de masas gigantes de plasma, que obtenían su energía de campos magnéticos, que caían desde la corona sobre la fotosfera.
“Vimos características en forma de cintas que se movían extremadamente rápido hacia abajo a través de la atmósfera del sol, incluso antes del episodio principal de la llamarada”, dijo Chitta. “Estas corrientes de lluvia de gotas de plasma son señales de deposición de energía, que se vuelven cada vez más fuertes a medida que avanza la llamarada. Incluso después de que la llamarada disminuye, la lluvia continúa durante algún tiempo”.
Después de que la llamarada alcanzó su máxima energía, durante la cual los niveles de rayos X aumentaron drásticamente y las partículas cargadas se aceleraron entre un 40 y un 50 por ciento de la velocidad de la luz, la región magnética en forma de cruz comenzó a relajarse. El plasma se enfrió y la emisión de partículas disminuyó a niveles normales. Chitta describió lo completamente inesperado que era que el proceso de avalancha pudiera impulsar partículas de tan alta energía.
El modelo de avalancha de perturbaciones más débiles que caen en cascada hacia algo más serio se había propuesto anteriormente para explicar el comportamiento colectivo de cientos de miles de erupciones en todo el sol, pero hasta ahora, no se había considerado realmente que pudiera aplicarse a una sola erupcion.
De esto surgen dos preguntas importantes. En primer lugar, ¿todas las llamaradas del Sol se producen como una avalancha? “Lo que observamos desafía las teorías existentes sobre la liberación de energía de las llamaradas”, dijo David Pontin de la Universidad de Newcastle, Australia, que formó parte del equipo que analizó los datos del Solar Orbiter.
Se necesitarán más observaciones de las erupciones solares para arrojar luz sobre esto.
En segundo lugar, nuestro sol no es la única estrella que tiene llamaradas. Erupcionan en todas las estrellas y algunos cuerpos estelares, como las enanas rojas, tienen llamaradas mucho más poderosas y frecuentes que el sol.
“Una perspectiva interesante es si este mecanismo ocurre en todas las llamaradas y en otras estrellas en llamas”, dijo Janvier.
Los resultados de las observaciones de Solar Orbiter de la llamarada del 30 de septiembre de 2024 se publicaron el 21 de enero en la revista Astronomy & Astrophysics.