Utilizando el poder combinado de las naves espaciales esparcidas por todo el Sistema Solar, los científicos han construido el mapa más detallado hasta el momento del límite donde el empuje magnético del Sol ya no acelera el viento solar.
Se llama superficie de Alfvén, y los investigadores han mapeado no sólo su forma, sino también cómo evolucionó esa forma durante la primera mitad del Ciclo Solar 25, el ciclo actual de actividad solar, en el que las manchas solares, las llamaradas y la actividad de eyección de masa coronal alcanzan un máximo y luego disminuyen a lo largo de 11 años.
Es la primera vez que esta estructura cambiante se reconstruye continuamente a partir de mediciones de múltiples naves espaciales, proporcionando información crucial para comprender la atmósfera abrasadora del Sol.
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“Los datos de la sonda Parker Solar procedentes de las profundidades de la superficie de Alfvén podrían ayudar a responder grandes preguntas sobre la corona del Sol, como por qué hace tanto calor”, afirma el astrofísico Sam Badman del Centro Harvard & Smithsonian de Astrofísica (CfA), primer autor del estudio.
“Pero para responder a esas preguntas, primero necesitamos saber exactamente dónde está el límite”.
Un límite astrofísico suele definirse como el punto en el que cambia la física que rige el comportamiento de esa región.
En el caso de la superficie de Alfvén, un límite que los científicos conocen desde hace décadas, es el punto sin retorno en el que la influencia magnética del Sol se debilita lo suficiente como para que las ondas de material solar ya no puedan propagarse hacia el Sol, y el viento solar que sale ya no está conectado magnéticamente con el Sol.
El viento solar es una corriente de partículas que se escapa constantemente del Sol y fluye a través del Sistema Solar. Aunque puede escapar desde debajo de la superficie de Alfvén, la superficie es la interfaz donde el viento pasa de un flujo guiado magnéticamente a un flujo de salida que fluye libremente.
La forma en que esa interfaz hace espuma y se dispara, se expande y se contrae, influye en cómo interactúa con la Tierra y los otros planetas, desempeñando un papel clave en el clima espacial que puede afectar la tecnología de las comunicaciones, las redes eléctricas y las operaciones de satélites en nuestro mundo natal.
Además, el Sol es la única estrella en todo el Universo de la que tenemos herramientas para medir la superficie de Alfvén directamente. Bueno, una herramienta en particular: Parker Solar Probe.
Desde 2021, Parker ha realizado repetidas inmersiones debajo de la superficie de Alfvén, enviando a casa datos que los científicos ahora han determinado que representan un muestreo inequívoco de la dinámica subalfvénica.
“Este trabajo muestra sin lugar a dudas que Parker Solar Probe se sumerge profundamente en cada órbita en la región donde nace el viento solar”, afirma el astrónomo Michael Stevens de CfA.
“Ahora nos dirigimos a un período apasionante en el que [the probe] Seremos testigos de primera mano de cómo esos procesos cambian a medida que el Sol pasa a la siguiente fase de su ciclo de actividad”.
Los investigadores estudiaron los datos recopilados por la sonda durante los encuentros del perihelio: el temerario se sumerge profundamente en la atmósfera solar.
Cruzaron estos datos con observaciones de Solar Orbiter, que estudia el Sol desde una distancia más segura, así como con tres naves espaciales ubicadas en el punto L1 de Lagrange, una región gravitacionalmente estable entre la Tierra y el Sol creada por la interacción gravitacional competitiva entre los dos cuerpos combinada con fuerzas centrípetas.
Estas tres naves espaciales proporcionaron datos sobre la velocidad, densidad, temperatura y campo magnético del viento solar que sale.
Los hallazgos revelaron que, en la mayoría de sus encuentros con el perihelio, Parker rozó protuberancias en la turbulenta superficie de Alfvén.
Sólo durante sus dos inmersiones más profundas, tomadas en pleno máximo solar (el pico del ciclo de actividad de 11 años del Sol), la sonda se sumergió profundamente debajo de la superficie de Alfvén.
Los datos combinados, tomados durante seis años mientras la actividad del Sol aumentaba en la primera mitad del ciclo solar, también mostraron que la superficie de Alfvén se expandió alrededor del 30 por ciento de su altura media a medida que aumentaba la actividad solar.
Para ciclos solares más fuertes y más débiles, es probable que el efecto sea mayor o menor, en consecuencia.
“A medida que el Sol pasa por ciclos de actividad, lo que estamos viendo es que la forma y la altura de la superficie de Alfvén alrededor del Sol se hacen más grandes y también más puntiagudas”, dice Badman.
“Eso es realmente lo que predijimos en el pasado, pero ahora podemos confirmarlo directamente”.
Los hallazgos ayudarán a los científicos a comprender la física del Sol con mayor detalle, especialmente con más datos del perihelio recopilados por Parker a medida que el Sol se hunde en el mínimo solar.
También tiene implicaciones para estudiar otras estrellas. Es probable que las estrellas más fuertemente magnéticas, por ejemplo, tengan límites de Alfvén mucho más grandes, lo que afectaría a los mundos en órbita cercana y posiblemente dificultaría la habitabilidad.
“Antes, sólo podíamos estimar el límite del Sol desde muy lejos sin una forma de probar si obtuvimos la respuesta correcta, pero ahora tenemos un mapa preciso que podemos usar para navegar mientras lo estudiamos”, dice Badman.
“Y, lo que es más importante, también podemos observar cómo cambia y comparar esos cambios con datos de cerca. Eso nos da una idea mucho más clara de lo que realmente está sucediendo alrededor del Sol”.
La investigación ha sido publicada en The Astrophysical Journal Letters.