Descripción del mecanismo que detiene erupciones solares

Esta llamarada solar ocurrió en el pico del ciclo solar en octubre de 2014, sin erupciones observadas. Investigadores PPPL dicen que esto es un candidato prometedor para el estudio del efecto de los campos magnéticos de guía. Crédito: NASA







Entre los eventos más temidos en física espacial son las erupciones solares, que son explosiones masivas que arrojan millones de toneladas de gas de plasma y radiación en el espacio. Estas explosiones pueden ser mortales: si la primera misión de alunizaje hubiera encontrado una, la intensa radiación podría haber sido fatal para los astronautas. Y cuando las erupciones llegan al campo magnético que rodea la Tierra, el contacto puede crear tormentas geomagnéticas que perturban los servicios de telefonía celular, daños en los satélites e inutilizan las redes eléctricas.


La NASA está ansiosa por saber cuando se acerca una erupción y cuando parece ser el comienzo de una y que no sea una falsa alarma. Saber la diferencia podría afectar al calendario de futuras misiones espaciales, como viajes a Marte, y mostraría los pasos que deben tomarse para proteger a los satélites, sistemas de energía y otros equipos.

En el Departamento de Princeton Plasma Physics del Laboratorio de Energía de Estados Unidos (PPPL), los investigadores dirigidos por el físico Clayton Myers han identificado un mecanismo que puede detener las erupciones antes de salir del Sol. El hallazgo, publicado en la edición de dic 24-31 de la revista Nature, proporciona una forma potencialmente importante de distinguir el inicio de las explosiones que fracasarán. Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del DOE.

Las erupciones violentas, llamadas "eyecciones de masa coronal", se derivan de una liberación súbita de energía magnética almacenada en la corona solar, la capa más externa de la estrella. Esta energía se encuentra a menudo en las llamadas "cuerdas de flujo magnético," estructuras arqueadas masivas que pueden girar y girar como un cordel. Cuando estas estructuras de larga duración giran y se desestabilizan, pueden entrar en erupción, ya sea hacia el sistema solar o fallar y colapsar de nuevo hacia el Sol.

Los investigadores encontraron en experimentos de laboratorio que tales fallos se producen cuando la guía magnética de campo de una fuerza que corre a lo largo del flujo de cuerda es lo suficientemente fuerte para mantener la cuerda torcida y se desestabilice. En estas condiciones, el campo de guía interactúa con corrientes eléctricas en la cuerda de flujo para producir una fuerza dinámica que detiene las erupciones. PPPL ha descubierto la importancia de esta fuerza, llamada la "fuerza de tensión de campo toroidal", que no se encuentra en los modelos existentes de las erupciones solares.

Los investigadores descubrieron esta importancia mediante el experimento del Laboratorio reconexión magnética (MRX), el dispositivo más importantes del mundo para el estudio de cómo los campos magnéticos en el plasma convergen y aparte violentamente se rompen. Los científicos modificaron el dispositivo para producir tanto una cuerda de flujo, que almacena una cantidad significativa de energía que busca conducir la cuerda hacia el exterior, y un "potencial de campo magnético" como los que encierran la cuerda en la corona solar.

Este campo magnético potencial se compone de "aros" magnéticos y campos "guía", cada uno de los cuales proporciona fuerzas restrictivas. Las erupciones estallan cuando las fuerzas restrictivas en materia de aros se vuelven demasiado débiles para sostener la cuerda hacia abajo, crean lo que se llama una "inestabilidad toro" que dispara plasma al espacio. El campo de guía, reduce el giro en la cuerda de flujo, que siempre se había pensado que era de importancia secundaria.

Pero los investigadores encontraron que el campo de guía puede desempeñar un papel importante en la detención de las erupciones. Cuando la cuerda de flujo comienza a moverse hacia el exterior en presencia de un campo de guía suficientemente potente, el plasma se somete a una reconfiguración interna de "auto-organización", esto hace que la erupción pierda energía y se colapse. "Por tanto, la presencia de un campo guía sustancial debe indicar una probabilidad reducida de la erupción", dijo Myers.


Por tanto, los físicos solares deben estar pendientes de los campos de guía, que se pueden encontrar en las reconstrucciones relativamente simples del potencial campo magnético del Sol. Un candidato prometedor para el estudio es la región activa más grande en el pico del ciclo solar que tuvo lugar en octubre de 2014, que produjo muchas erupciones grandes, pero no hay erupciones observadas. El análisis preliminar de esta región muestra que un número de estas llamaradas fueron asociadas con las erupciones fallidas que podrían haber sido causadas por el mecanismo encontrados en los experimentos MRX.