Si los científicos solares no están ya ansiosos por observar el sol cuando alcance su máximo solar en 2024, un rompecabezas de rayos gamma recientemente descubierto intensificará ese deseo.
Al examinar 14 años de datos de la NASA telescopio espacial fermiun equipo de investigadores descubrió que durante los últimos máximo solar en 2013 y 2014, las regiones polares de el sol Estalló una radiación de rayos gamma de alta energía que fue hasta 10 veces mayor de lo esperado.
Se sabe que el sol brilla en todas las longitudes de onda de radiación electromagnéticaincluido rayos gamma, pero se esperaba que se distribuyera uniformemente por toda la cara solar. El equipo que detectó una alta actividad en las regiones polares actualmente no puede explicar este desequilibrio.
“El estudio de las emisiones de rayos gamma del Sol representa una nueva ventana para investigar y comprender los procesos físicos que ocurren en la atmósfera de nuestra estrella”, dijo el líder del equipo e investigador del Instituto de Astrofísica y Ciencias Espaciales Bruno Arsioli. dijo en un comunicado.
“¿Cuáles son los procesos que crean estos excesos en los polos? Quizás existan mecanismos adicionales que generan rayos gamma que van más allá de la interacción de los rayos cósmicos con la superficie del sol”.
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Cada ciclo solar describe cambios periódicos en la actividad magnética del sol, que duran alrededor de 11,5 años y presentan un período de intensa actividad llamado máximo solar que ve más manchas solares distribuidos por la cara del sol, más erupciones solaresy más enormes salidas de plasma llamadas eyecciones de masa coronal (CME).
El próximo máximo solar del ciclo solar actual que comenzó en diciembre de 2019, el ciclo solar 25, podría ayudar a explicar por qué el sol brilló más en rayos gamma en sus polos durante la actividad máxima del último ciclo.
Comprender el comportamiento del sol en estos máximos podría ayudar a los científicos a predecir mejor clima espacial impulsado por erupciones y flujos del sol, que pueden alterar las infraestructuras de energía y comunicación aquí en la Tierra, así como potencialmente dañar satélites y amenazar a los astronautas.
Observando un ciclo solar completo con el telescopio espacial Fermi de la NASA
Los datos utilizados por Arsioli y sus colegas fueron recopilados por los instrumentos de captura de rayos gamma de Fermi entre agosto de 2008 y enero de 2019, abarcando un ciclo solar completo desde el mínimo solar de un ciclo hasta el máximo solar y el mínimo solar del siguiente.
Para dar sentido a los datos, el equipo creó una herramienta que podría separar los rayos gamma del sol de esta radiación de alta energía de otras fuentes en el cielo de fondo. Esto dio como resultado la integración de eventos de rayos gamma solares en una ventana de 400 a 700 días, que puede deslizarse a lo largo del período de observaciones de 14 años para centrarse en la actividad de rayos gamma en momentos específicos.
Aunque el sol brilla en todas las longitudes de onda de luz, el 99% de su luz viene en forma de radiación ultravioleta, visible e infrarroja. La radiación de rayos gamma de mucha mayor energía emitida por nuestra estrella proviene de las erupciones solares, la corona solar y, en menor medida, de la fotosfera, que se considera vagamente como la superficie del sol.
“El Sol está plagado de partículas cercanas a la velocidad de la luz que provienen de más allá de nuestra galaxia en todas direcciones”, dijo en el comunicado el líder del equipo e investigador del Instituto de Astrofísica y Ciencias Espaciales Bruno Arsioli. “Estos llamados rayos cósmicos están cargados eléctricamente y son desviados por los campos magnéticos del sol. Los que interactúan con la atmósfera solar producen una lluvia de rayos gamma”.
Los científicos habían teorizado que estas lluvias de rayos gamma se producirían uniformemente en todo el sol. Por el contrario, los resultados de Arsioli y sus colegas sugieren que algo está sucediendo con el campo magnético del sol en altitudes más altas, esto está intensificando la emisión de rayos gamma en los polos.
Los investigadores también detectaron otra asimetría de rayos gamma, esta vez entre los dos polos y en relación con la energía de los fotones de rayos gamma producidos.
“En el polo sur hay un excedente de emisiones de mayor energía, de fotones de 20 a 150 gigaelectronvoltios (GeV), mientras que la mayor parte de los fotones menos energéticos provienen del polo norte”, añadió Arsioli.
Las emisiones de rayos gamma de los polos se concentraron particularmente en junio de 2014, cuando los polos magnéticos del Sol se invirtieron, un fenómeno que ocurre aproximadamente cada 11,5 años en el pico del máximo solar.
“Hemos encontrado resultados que desafían nuestra comprensión actual del Sol y su entorno”, dijo Elena Orlando, miembro del equipo y científica de la Universidad de Trieste. “Demostramos una fuerte correlación de la asimetría en la emisión de rayos gamma solares en coincidencia con el cambio del campo magnético solar, lo que ha revelado un posible vínculo entre la astronomía solar, la física de partículas y la física del plasma”.
Comprender la conexión entre cómo y dónde el Sol emite rayos gamma y la actividad de nuestra estrella durante períodos de erupciones solares y CME más frecuentes podría conducir a mejores pronósticos del clima espacial.
“En 2024 y el próximo año experimentaremos un nuevo máximo solar y ya ha comenzado otra inversión de los polos magnéticos del Sol”, añadió Arsioli. “Esperamos volver a evaluar a finales de 2025 si la inversión de los campos magnéticos va seguida de un excedente en las emisiones de rayos gamma de los polos”.
Orlando también sugiere que los hallazgos del equipo presentan argumentos sólidos para prestar más atención a los rayos gamma del sol.
“Hemos encontrado la clave para desentrañar este misterio, que sugiere las direcciones futuras que se deben tomar. Es fundamental que el telescopio Fermi funcione y observe el sol en los próximos años”, afirmó.
“Si se decide que las emisiones de alta energía realmente contienen información sobre la actividad solar, entonces la próxima misión debería planificarse para proporcionar datos en tiempo real sobre las emisiones de rayos gamma del sol”, concluyó Arsioli.
La investigación del equipo se publica en La revista astrofísica.