Una explicación al misterio de las altas temperaturas de la corona solar

Las ondas magnéticas del interior del Sol se van amplificando a medida que emergen debido a cambios térmicos y al efecto de un 'resonador acústico', lo que explica que la temperatura de la corona solar, aunque esté más lejos de la fuente de calor, sea mayor que la de la superficie de nuestra estrella. Así lo revela un estudio internacional en el que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias.

El Sol y su corona solar vistos por el satélite europeo Proba-2. / ESA

La corona solar es la capa más externa del Sol, un aura de plasma que se extiende a largo de millones de kilómetros y que podemos ver desde la Tierra durante los eclipses solares. Sus altas temperaturas han sido durante mucho tiempo un misterio. Por lo general, cuanto más cerca estamos de una fuente de calor, más cálidos nos sentimos. Sin embargo, esto es lo contrario de lo que parece suceder en el Sol: sus capas externas son más cálidas que la fuente de calor en su superficie.

Además, durante más de 60 años, las observaciones del Sol demostraban que las ondas magnéticas crecían en fuerza a medida que abandonan el interior solar, pero hasta ahora se ignoraba por qué pasaba esto. Ahora un estudio internacional, publicado esta semana en la revista Nature Astronomy parece ofrecer una explicación a estos enigmas.

Los científicos han aceptado durante mucho tiempo que las ondas magnéticas canalizan la energía desde el vasto depósito de energía interior del Sol, que es alimentado por fusión nuclear, hacia las regiones externas de su atmósfera. Los investigadores han tratado, por tanto, de comprender cómo se genera y se propaga el movimiento ondulatorio en toda la estrella.

Ahora un equipo dirigido por la Universidad de Queen en Belfast (Reino Unido), que incluye científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y otros centros de cinco países, han formado un consorcio llamado Ondas en la atmósfera solar inferior (WaLSA) para llevar a cabo la investigación, realizando observaciones en alta resolución con el telescopio solar Dunn de la National Science Foundation, en Nuevo México (EE UU).

“Esta nueva comprensión del movimiento de las ondas puede ayudarnos a descubrir la pieza que falta en el rompecabezas de por qué las capas externas del Sol están más calientes que su superficie, a pesar de estar más lejos de la fuente de calor", explica David Jess, de la Facultad de Matemáticas y Física de la Universidad de Queen e investigador principal.

"Al dividir la luz del Sol en sus colores básicos pudimos examinar el comportamiento de ciertos elementos de la tabla periódica dentro de su atmósfera –continúa–, incluyendo el silicio (formado cerca de la superficie del Sol), el calcio y el helio (formado en la cromosfera donde la amplificación de la onda es más evidente).”

Y añade: “Las variaciones en los elementos permitieron descubrir las velocidades del plasma del Sol. Se compararon as escalas de tiempo sobre las que evolucionaron, lo que permitió registrar las frecuencias de las ondas del Sol. Esto es similar a cómo un conjunto musical complejo se deconstruye en notas y frecuencias básicas mediante la visualización de su partitura musical”.

Eclipse total de Sol desde Novosibirsk (Rusia). En un eclipse total de Sol, la Luna tapa exactamente el disco del Sol. Durante unos minutos se hace la oscuridad casi total (a pleno día) y se ve la corona solar, las estrellas y los planetas más brillantes. / J.C. Casado & D. López - starryearth.com. Shelios 2008.

Posteriormente, el equipo ha podido hacer simulaciones informáticas usando superordenadores. “Como resultado, hemos descubierto que el proceso de amplificación de ondas se puede atribuir a la formación de un 'resonador acústico', donde los cambios significativos de temperatura entre la superficie del Sol y su corona exterior crean límites que son parcialmente reflectantes y actúan para atrapar las ondas, lo que les permite intensificar y crecer dramáticamente en fuerza”, informa el coautor del IAC Andrés Asensio Ramos.

Los investigadores también han encontrado que el grosor de la cavidad de resonancia, la distancia entre los cambios significativos de temperatura, es uno de los principales factores que rigen las características del movimiento de onda detectado.

“Este efecto –señala Jess– es similar a cómo una guitarra acústica cambia el sonido que emite a través de la forma de su cuerpo hueco. Si pensamos en esta analogía, podemos ver cómo las ondas capturadas en el Sol pueden crecer y cambiar a medida que salen de su superficie y se mueven hacia las capas exteriores y exteriores".

La comunidad mundial de físicos está haciendo planes para realizar nuevas investigaciones sobre el Sol utilizando los telescopios solares de última generación que estarán disponibles en los próximos años, como el Telescopio Solar Europeo (EST), que se instalará en Canarias.

Referencia bibliográfica:
David B. Jess et al. "A chromospheric resonance cavity in a sunspot mapped with seismology”. Nature Astronomy, 2019. DOI: 10.1038/s41550-019-0945-2.https://www.nature.com/articles/s41550-019-0945-2

FUENTE: SINC e IAC (CSIC)