Investigadores alemanes han replicado por primera vez en laboratorio un proceso que se da en la atmósfera solar y aclarado el mecanismo que calienta la corona de nuestra estrella a temperaturas muy superiores a las de su superficie.
Investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), un laboratorio nacional alemán, han simulado en laboratorio las condiciones de la atmósfera solar en un experimento potencialmente peligroso.
El objetivo del experimento era aclarar un misterio: mientras el núcleo del Sol alcanza los 15 millones de grados centígrados, su superficie está comparativamente fría, a solo 6.000ºC.
La superficie solar tiene incluso algunas zonas todavía más frías, con una temperatura de 4.000ºC, que se llaman manchas solares.
Lo realmente sorprendente es que la corona solar, que es la parte exterior de la atmósfera del Sol (que solo podemos ver durante los eclipses totales de la estrella), tiene una temperatura muy superior a la de su superficie: casi 2.000.000 grados.
Los protagonistas del nuevo experimento destacan que uno de los grandes misterios de la física solar lo representa esa diferencia de temperatura.
Dosel magnético, la clave
Una pista que puede explicarla se localiza en una región de la atmósfera solar que está justo debajo de la corona, donde las ondas sonoras y ciertas ondas de plasma viajan a la misma velocidad.
Si bien los científicos consideran desde hace tiempo que esas ondas tienen un papel esencial en el calentamiento de la corona solar, no existe consenso sobre cómo se produce.
Para profundizar en este misterio, los investigadores alemanes se centraron en esa parte de la atmósfera solar que está situada inmediatamente debajo de la corona, llamada dosel magnético.
El dosel magnético es una capa del campo magnético paralela a la superficie solar que se encuentra en la parte más baja de la cromosfera, donde la temperatura ya es de unos 500.000ºC y donde se producen fortísimos campos magnéticos.
En el dosel magnético, las ondas de plasma, conocidas como ondas de Alfvén, y los campos magnéticos, se supone que calientan el plasma y provocan el recalentamiento observado en la corona solar.
Punto mágico
En esta región de la cromosfera baja, el sonido y las ondas de Alfvén pueden transformarse fácilmente entre sí y elevar la temperatura mucho más arriba, explica al respecto el director de esta investigación, Frank Stefani, en un comunicado.
Lo que han hecho estos investigadores en su laboratorio es replicar ese punto mágico solar, en el que el sonido y las ondas de plasma se confunden, y confirmar que un proceso similar puede estar dándose en el sol y provocar el calentamiento la corona.
Para conseguirlo, Stefani y su equipo utilizaron un peligroso rubidio fundido, un metal alcalino, y lo sometieron a altos campos magnéticos: el modelo de laboratorio confirmó experimentalmente por primera vez el comportamiento teórico de las ondas de Alfvén.
De la misma forma que tocar una cuerda de guitarra desencadena un movimiento ondulatorio, la frecuencia y velocidad de las ondas de Alfvén aumentan con la fuerza del campo magnético presente en el dosel magnético y recalientan la corona solar.
Las ondas de Alfvén se predijeron por primera vez en 1942, después de haber sido detectadas en experimentos de metal líquido y estudiadas en laboratorios de física de plasma.
Hasta ahora, las condiciones del dosel magnético del sol que producen el calentamiento por corona no se habían reproducido en un laboratorio.
Aunque este nuevo trabajo aporta datos importantes para resolver el rompecabezas del calentamiento de la corona solar, los investigadores están planificando análisis numéricos más detallados y más experimentos para confirmar sus conclusiones.
También de cerca
La investigación sobre el mecanismo de calentamiento de la corona solar también se está llevando a cabo en otros lugares: las sondas espaciales Parker Solar Probe y Solar Orbiter están a punto de obtener nuevos conocimientos a corta distancia de este misterio solar.
Lanzada en 2018, la sonda Parker Solar Probe de la NASA se acercó en noviembre pasado a 8,5 millones de kilómetros de la superficie solar, con la finalidad de rastrear cómo la energía y el calor se mueven a través de la corona solar y explorar qué acelera el viento solar y las partículas energéticas solares.
Solar Orbiter, lanzado en 2020, es un satélite científico de observación solar desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA) con la colaboración de la NASA.
Su objetivo es realizar mediciones detalladas del campo magnético sobre la superficie solar, de los niveles de radiación en la heliosfera interna y del viento solar, así como realizar observaciones de las regiones polares del Sol desde órbitas de latitudes altas.
Ambas misiones aportarán información que completará las observaciones experimentales de los científicos alemanes.
Referencia
Mode Conversion and Period Doubling in a Liquid Rubidium Alfvén-Wave Experiment with Coinciding Sound and Alfvén Speeds. F. Stefani et al. Phys. Rev. Lett. 127, 275001, 29 December 2021. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.275001
