Las fulguraciones solares se encuentran entre las explosiones m\u00e1s violentas de nuestro sistema solar, pero a pesar de su inmensa energ\u00eda, equivalente a cien mil millones de bombas at\u00f3micas detonando a la vez, los f\u00edsicos a\u00fan no han podido responder exactamente c\u00f3mo estas repentinas erupciones en el sol son capaces de lanzar part\u00edculas a la Tierra, a casi 150 millones de km de distancia, en menos de una hora. Ahora, en un estudio publicado el 8 de junio en Nature, los investigadores del Instituto de Tecnolog\u00eda de Nueva Jersey (NJIT) han identificado la ubicaci\u00f3n precisa donde las part\u00edculas cargadas de las llamaradas solares se aceleran a una velocidad cercana a la de la luz.<\/p>\n\n\n\n
Los nuevos hallazgos, que fueron posibles gracias a las observaciones de una erupci\u00f3n solar de clase X en 2017 por el radiotelescopio Expanded Owens Valley Solar Array (EOVSA) del NJIT, han revelado un acelerador de part\u00edculas altamente eficiente ubicado en la punta del punto m\u00e1s brillante de la erupci\u00f3n en el la atm\u00f3sfera exterior del sol, llamada “regi\u00f3n de la c\u00faspide” de la llamarada, donde el plasma ambiental de la explosi\u00f3n se convierte en electrones de alta energ\u00eda. Los investigadores dicen que el descubrimiento de la regi\u00f3n, medida en casi el doble del volumen de la Tierra, podr\u00eda abrir nuevas puertas para investigar procesos fundamentales de aceleraci\u00f3n de part\u00edculas omnipresentes en el universo.<\/p>\n\n\n\n
“Los hallazgos de este estudio ayudan a explicar el antiguo misterio de c\u00f3mo las erupciones solares pueden producir tanta energ\u00eda en cuesti\u00f3n de segundos”, dijo Gregory Fleishman, autor correspondiente del art\u00edculo y distinguido profesor investigador de f\u00edsica en el Centro de Investigaci\u00f3n Solar-Terrestre del NJIT. “La llamarada libera su poder en una regi\u00f3n del sol mucho m\u00e1s vasta de lo esperado por el modelo cl\u00e1sico de llamaradas solares. Aunque otros han postulado que esto debe suceder, esta es la primera vez que el tama\u00f1o, la forma y la ubicaci\u00f3n espec\u00edficos de esta regi\u00f3n clave tienen identificado, y se ha medido la eficiencia de la conversi\u00f3n de energ\u00eda a la aceleraci\u00f3n de part\u00edculas dentro de la llamarada”.<\/p>\n\n\n\n
El descubrimiento sigue a estudios separados de 2020 publicados en Science and Nature Astronomy, donde las instant\u00e1neas detalladas de EOVSA de la llamarada y los cambios en el campo magn\u00e9tico del sol, tomadas en cientos de frecuencias de radio a la vez, inicialmente le dieron al equipo del NJIT una pista sobre la ubicaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
“Nuestros estudios recientes sugirieron que la c\u00faspide de la llamarada podr\u00eda ser el lugar donde se producen tales electrones de alta energ\u00eda, pero no est\u00e1bamos seguros”, explic\u00f3 Bin Chen, profesor asociado del NJIT y coautor del art\u00edculo. “Originalmente hab\u00edamos descubierto una estructura similar a una botella magn\u00e9tica en el sitio que conten\u00eda una cantidad abrumadoramente grande de electrones en comparaci\u00f3n con cualquier otro lugar de la llamarada, pero ahora con las nuevas mediciones de este estudio, podemos decir con m\u00e1s confianza que este es el acelerador de part\u00edculas de la llamarada.”<\/p>\n\n\n\n
Usando las capacidades \u00fanicas de im\u00e1genes de microondas del EOVSA, el equipo pudo medir el espectro de energ\u00eda de los electrones en cientos de ubicaciones de una llamarada solar de clase X provocada por una reconfiguraci\u00f3n de las l\u00edneas del campo magn\u00e9tico a lo largo de la superficie del sol el 10 de septiembre de 2017.<\/p>\n\n\n\n
“Las im\u00e1genes espectrales del EOVSA nos dieron un mapa completo del plasma t\u00e9rmico de la llamarada a medida que evolucionaba segundo a segundo. Pero para nuestra sorpresa, lo que encontramos fue un agujero misterioso en el mapa de plasma t\u00e9rmico que comenz\u00f3 a desarrollarse en la c\u00faspide de la llamarada”, dijo Gelu Nita, profesora investigadora del NJIT y coautora del art\u00edculo. “M\u00e1s que eso, a medida que desaparecieron las part\u00edculas t\u00e9rmicas en la regi\u00f3n, el agujero se llen\u00f3 densamente con part\u00edculas no t\u00e9rmicas de alta energ\u00eda”.<\/p>\n\n\n\n
El an\u00e1lisis del equipo sac\u00f3 a la luz un proceso de conversi\u00f3n de energ\u00eda incre\u00edblemente eficiente dentro del acelerador de part\u00edculas de la llamarada solar, donde la energ\u00eda intensa de los campos magn\u00e9ticos del sol se libera r\u00e1pidamente y se transfiere a energ\u00eda cin\u00e9tica dentro de la regi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
“Nos preguntamos qu\u00e9 tan eficiente ser\u00eda este proceso de conversi\u00f3n de energ\u00eda\u2026 \u00bfcu\u00e1ntas part\u00edculas en esta \u00e1rea se acelerar\u00edan m\u00e1s all\u00e1 de la energ\u00eda t\u00e9rmica de la explosi\u00f3n?” agreg\u00f3 Sijie Yu, coautor del estudio y profesor asistente de investigaci\u00f3n del NJIT. “Usando datos ultravioleta extremos del sol, confirmamos que pr\u00e1cticamente no quedaban part\u00edculas dentro de la regi\u00f3n a energ\u00edas t\u00e9rmicas por debajo de unos pocos millones de Kelvin, de acuerdo con la medici\u00f3n de EOVSA de que todas las part\u00edculas hab\u00edan sido aceleradas a energ\u00edas no t\u00e9rmicas superiores a 20 keV o casi 100 millones de Kelvin”.<\/p>\n\n\n\n
El equipo ahora dice que estos \u00faltimos hallazgos podr\u00edan ayudar a los cient\u00edficos a estudiar preguntas fundamentales en la f\u00edsica de part\u00edculas que no son posibles en la Tierra, as\u00ed como ofrecer nuevos conocimientos sobre c\u00f3mo tales part\u00edculas de alta energ\u00eda del sol pueden impactar en la Tierra durante futuros eventos clim\u00e1ticos espaciales.<\/p>\n\n\n\n
“Un aspecto importante de este estudio es que dirige la atenci\u00f3n de los te\u00f3ricos a la ubicaci\u00f3n precisa donde ocurre la mayor parte de la liberaci\u00f3n de energ\u00eda y la aceleraci\u00f3n de part\u00edculas, y proporciona medidas cuantitativas para guiar los modelos num\u00e9ricos”, dice Dale Gary, profesor distinguido del NJIT y director de EOVSA. “Sin embargo, para extender nuestras mediciones a regiones de erupciones mucho m\u00e1s amplias y eventos de erupciones m\u00e1s d\u00e9biles pero m\u00e1s frecuentes, estamos desarrollando una matriz de radio de pr\u00f3xima generaci\u00f3n dedicada a la energ\u00eda solar llamada Radiotelescopio solar de frecuencia \u00e1gil, que ser\u00e1 al menos 10 veces m\u00e1s grande y ordenar\u00e1 de magnitud m\u00e1s poderosa”.<\/p>\n\n\n\n
“Todav\u00eda queremos investigar el mecanismo f\u00edsico que impulsa la aceleraci\u00f3n de part\u00edculas en las erupciones solares. Pero los estudios futuros deben tener en cuenta lo que sabemos ahora sobre estas enormes explosiones, tanto la liberaci\u00f3n de energ\u00eda principal en la regi\u00f3n de la c\u00faspide como la eficiencia del 100% en la que se carga la aceleraci\u00f3n de part\u00edculas, ocurren”, dijo Fleishman. “Estos hallazgos requieren una revisi\u00f3n importante de los modelos que usamos para estudiar las erupciones solares y su impacto en la Tierra”.<\/p>\n\n\n\n