Seis telescopios, repartidos en tres continentes, han estado escuchando al Sol durante casi cuatro décadas. No a su luz. A su sonido. La Red de Oscilaciones Solares de Birmingham, o BiSON, rastrea pequeñas ondas de presión que se propagan por el interior de nuestra estrella, de la misma manera que los geólogos leen los temblores de los terremotos para mapear lo que hay debajo de la corteza. Y después de casi 40 años de esa escucha tranquila y paciente, los datos han revelado algo que nadie esperaba: el Sol parece estar reorganizándose.
El hallazgo, publicado esta semana en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sugiere que el Sol puede estar experimentando un cambio estructural a largo plazo que abarca múltiples ciclos solares, un cambio que los instrumentos convencionales de observación de la superficie nunca habrían captado.
La actividad solar aumenta y disminuye en un ciclo de aproximadamente 11 años, oscilando entre períodos de calma y tramos de intensa violencia magnética que producen erupciones solares, eyecciones de masa coronal y tormentas geomagnéticas que pueden, en casos graves, desactivar los sistemas GPS y las redes eléctricas. El motor físico detrás de todo esto se encuentra muy por debajo de la superficie visible, en capas de plasma agitado donde se generan y reorganizan los campos magnéticos. Rastrear lo que sucede allí siempre ha sido el problema difícil. Manchas solares, emisiones de radio, salida ultravioleta: todas estas son medidas indirectas, sombras superficiales de procesos interiores que de otro modo permanecen ocultos a la vista. La red BiSON aborda esto de manera diferente. Al medir cómo cambian las frecuencias de las ondas sonoras internas a medida que la actividad magnética del Sol sube y baja, los investigadores pueden tomar efectivamente el pulso de la estrella desde el interior.
Lo que encontraron, cuando clasificaron esas oscilaciones en bandas de baja, media y alta frecuencia, es que la imagen interior y la imagen de la superficie cuentan cada vez más historias diferentes.
La pista clave provino del ciclo solar actual, el ciclo 25. En los indicadores de superficie convencionales, el número de manchas solares y el flujo de radio de 10,7 centímetros, el ciclo 25 parece algo débil, aproximadamente un 25 por ciento más débil en su punto máximo que el ciclo 22, que se desarrolló entre 1986 y 1996. Pero en la banda sísmica de alta frecuencia, la más sensible a los cambios estructurales en los 1.000 kilómetros más externos debajo de la superficie, el ciclo 25 parece tan fuerte como los ciclos anteriores, más activos. Algo está sucediendo cerca de la cima y el recuento de manchas solares simplemente no está aumentando.
El profesor Bill Chaplin, de la Universidad de Birmingham y autor principal del estudio, lo describe como si el Sol tuviera “su propio ‘biorritmo activo’ que crea actividad magnética ascendente y descendente que da forma al clima espacial”, y agrega que “las medidas tradicionales de superficie no capturan la historia completa, que el Sol puede estar entrando en un modo diferente de comportamiento que se desarrolla durante décadas”. Su coautor, el profesor Sarbani Basu, de la Universidad de Yale, es más directo acerca de lo que no puede explicarlo: “Esta tendencia no puede explicarse simplemente por campos magnéticos más débiles. Más bien, indica una reorganización estructural de cómo se almacena la actividad magnética del Sol debajo de la superficie”.
El patrón que descubrió el equipo es el de un confinamiento progresivo. En el ciclo 22, los cambios estructurales asociados con el ciclo solar se distribuyeron a través de capas interiores relativamente profundas. En el ciclo 23, las oscilaciones de baja frecuencia, que sondean regiones más profundas, comenzaron a comportarse de manera diferente a los sustitutos de la superficie, una divergencia que el equipo notó en un estudio anterior y que ahora ha confirmado que persiste durante el ciclo 25. Durante ese mismo lapso, los modos de frecuencia media, sensibles a profundidades intermedias, se han vuelto progresivamente menos sensibles a la actividad de la superficie. Y ahora, en el ciclo 25, los modos de alta frecuencia, esas sondas de capas poco profundas, se están volviendo anormalmente fuertes. En conjunto, la imagen muestra la actividad estructural magnética siendo comprimida hacia arriba, ciclo tras ciclo, hasta formar una capa cada vez más delgada justo debajo de lo que podemos ver. Como dice Chaplin, “la actividad magnética está cada vez más confinada cerca de la superficie con cada ciclo” y, lo que es más importante, este es “el primer descubrimiento de este tipo”.
Esto es importante, quizás bastante, para la predicción del clima espacial. Los modelos de predicción actuales se basan en el supuesto de que los indicadores de superficie representan de forma fiable lo que está haciendo el interior del Sol. Si esa suposición se está desmoronando, entonces un ciclo que parece tranquilo desde el exterior podría estar generando una tensión estructural en el subsuelo que simplemente no se está contabilizando. Es un poco como juzgar una tormenta por la cantidad de lluvia que se puede ver desde una ventana, cuando la verdadera acción tiene lugar en alta mar.
Independientemente, otros grupos de investigación han notado sus propias tendencias de varias décadas en el comportamiento solar cerca de la superficie, incluida una disminución sistemática en el número de manchas por grupo de manchas solares a lo largo de los ciclos 21 al 24, y posibles cambios en la intensidad promedio del campo de las manchas solares. El resultado de BiSON encaja en ese panorama emergente, aunque aún no está claro el significado de todo ello.
El equipo especula, con cautela, que la relación cambiante entre las oscilaciones interiores y la actividad de la superficie podría estar ligada al ciclo Hale de 22 años, el período más largo en el que la polaridad magnética del Sol se invierte completamente y regresa. Si es así, podría ser parte de una oscilación más profunda en el comportamiento solar que sólo se vuelve visible cuando se tienen suficientes décadas de datos para verlo. BiSON funciona desde 1987, lo cual es apenas suficiente. Las observaciones continuas durante el resto del Ciclo 25 y durante el próximo Ciclo 26 serán esenciales para descubrirlo.
De momento, lo que los datos demuestran es que el Sol, la estrella que hemos estado observando desde que los primeros humanos miraron hacia arriba, todavía es capaz de sorprendernos. No con un destello o una expulsión, sino con una lenta reorganización interior, oculta bajo la superficie, audible sólo para aquellos que piensan escuchar.
https://doi.org/10.1093/mnras/stag847
Preguntas frecuentes
¿Qué es la heliosismología y cómo funciona?
La heliosismología utiliza ondas sonoras que se propagan naturalmente a través del interior del Sol para sondear estructuras que de otro modo serían completamente invisibles. Estas ondas de presión, llamadas modos p, hacen que toda la estrella oscile y sus frecuencias cambian dependiendo de las condiciones magnéticas y térmicas por las que pasan las ondas. Al medir esos cambios de frecuencia a lo largo del tiempo, los investigadores pueden inferir cómo se ve el interior, de manera muy similar a la forma en que los sismólogos leen las ondas de los terremotos para mapear las capas de la Tierra.
¿Por qué los indicadores de superficie y los datos sísmicos internos cuentan historias diferentes para el Ciclo 25?
Los indicadores de superficie, como los números de manchas solares, miden la salida magnética visible en la fotosfera, la capa que podemos ver. Los modos sísmicos de alta frecuencia, por el contrario, son sensibles a los cambios estructurales en una capa delgada situada aproximadamente a 1.000 kilómetros debajo de esa superficie. La imagen que emerge es que la actividad magnética se está concentrando en esta capa poco profunda, registrándose fuertemente en los datos sísmicos mientras parece más débil en las mediciones de superficie convencionales. Si esto representa un nuevo régimen estable o una fase de transición es algo que los investigadores todavía están trabajando para determinar.
¿Podría este cambio afectar las predicciones del clima espacial?
Posiblemente sí. La mayoría de los modelos operativos de clima espacial se basan en indicadores de superficie, como recuentos de manchas solares y flujo de radio, para pronosticar la intensidad de la próxima actividad solar. Si esos indicadores subestiman cada vez más lo que sucede en el subsuelo poco profundo, los modelos podrían estar mal calibrados. El equipo de investigación aún no ha cuantificado las implicaciones del pronóstico, pero es una de las razones por las que el hallazgo se considera significativo más allá de la pura física solar.
¿Qué es el ciclo de Hale y por qué podría ser relevante?
El ciclo solar más conocido dura unos 11 años, el tiempo entre máximos sucesivos de manchas solares. Pero la polaridad magnética del Sol en realidad invierte cada ciclo, lo que significa que se necesitan aproximadamente 22 años, dos ciclos de 11 años, para que el Sol regrese a su orientación magnética original. Esto se llama ciclo de Hale. El equipo de BiSON especula que el confinamiento progresivo de la actividad magnética que han detectado podría ser parte de un ritmo más largo que opera en escalas de tiempo del ciclo de Hale, aunque confirmarlo requerirá al menos otra década de datos.
¿Cuánto tiempo lleva funcionando BiSON y por qué es importante?
La Red de Oscilaciones Solares de Birmingham ha estado recopilando datos continuamente desde 1987, brindando a los investigadores un conjunto de datos que ahora abarca casi cuatro ciclos solares completos. Esa longevidad es lo que hace posible el hallazgo. El cambio estructural que detectó el equipo es una tendencia gradual que abarca varias décadas, no algo que sería visible en unos pocos años de observación. Sin esa larga línea de base, la divergencia entre los modos sísmicos y los sustitutos de la superficie parecería ruido en lugar de señal.
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