Todos hemos visto las magníficas imágenes y vídeos de los bucles coronales. Son formas magnéticas curvadas que obligan al plasma brillante a recorrer su camino. Se arquean por encima del Sol, a veces durante miles de kilómetros, antes de volver a conectarse con el Sol.
bucle coronal
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La corona del Sol es la capa más externa de su atmósfera. Está formada por plasma, que contiene muchas partículas cargadas. Esto significa que responde fácilmente a los campos electromagnéticos. El Sol tiene un potente campo magnético que varía según el lugar y el momento. A veces, ese magnetismo impulsa el plasma a lo alto de la corona, formando estructuras fantásticas llamadas bucles coronales que acaban conectándose de nuevo a la superficie del Sol. Algunas de estas estructuras pueden durar días o incluso semanas.
Pero si este nuevo estudio es correcto, significa que muchos de los que parecen ser bucles no lo son.
El nuevo estudio se publica en The Astrophysical Journal. Su título es "The Coronal Veil" ("El velo coronal"). Anna Malanushenko, científica del NCAR (National Center for Atmospheric Research), es la autora principal.
El estudio se basa en una avanzada simulación en 3D de la corona solar. Esta simulación permitió a los científicos aislar los bucles coronales individuales cortando la corona en distintas secciones. Los investigadores encontraron algunos bucles, pero sus resultados mostraron que muchos de los que parecían bucles no lo eran en absoluto.
"He pasado toda mi carrera estudiando los bucles coronales", dijo la autora principal Malanushenko. "Me entusiasmó que esta simulación me diera la oportunidad de estudiarlos con más detalle. Nunca esperé esto. Cuando vi los resultados, mi mente explotó. Se trata de un paradigma totalmente nuevo para entender la atmósfera del Sol".
Los bucles coronales brillan en la radiación ultravioleta extrema debido a su temperatura. Su forma se ajusta a nuestra comprensión del magnetismo, por lo que concluir que son bucles es lógico. El nuevo estudio no refuta del todo la existencia de los bucles. Pero sí refuta algunos de ellos.
Esta nueva investigación hace que los científicos vuelvan a mirar al Sol y su comportamiento. Los autores de este trabajo están desconcertados porque los bucles coronales no parecen ajustarse a lo que saben sobre el magnetismo.
Las líneas de campo magnético del Sol son potentes, pero tienen que debilitarse más lejos de la fuente. Por tanto, si los bucles coronales son realmente bucles que fluyen a lo largo de las líneas de campo del Sol, deberían separarse cuanto más se alejan del Sol. Pero eso no es lo que ocurre. Las imágenes del Sol muestran que los bucles siguen siendo delgados y brillantes, incluso a gran altura sobre el Sol.
"... los bucles coronales parecen carecer de la expansión visual esperada con la altura, ya que el campo magnético de confinamiento se debilita con la altitud en promedio en la corona", señalan los autores en su artículo.
Entonces, si no son bucles, ¿qué son?
Según la investigación, algunas de ellas son ilusiones que llaman "velo coronal". Y su existencia está haciendo que los autores se cuestionen lo que creían saber sobre el Sol.
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© TRACE/NASABucles coronales, observados en la radiación ultravioleta Fe IX 17,1 nm (171 Å) por la nave espacial TRACE el 6 de noviembre de 1999, que se extienden a 120 000 km de la superficie del Sol.
Algunos de los bucles son lo que llaman artefactos de proyección. Pero no es fácil discernir entre los bucles coronales reales y los artefactos. "Demostramos la dificultad de discernir a partir de las observaciones si un bucle concreto corresponde a un bucle en el volumen o a un artefacto de proyección. Demostramos cómo bucles aparentemente aislados pueden engañar a los observadores, incluso cuando se dispone de observaciones desde múltiples ángulos de visión", escriben los autores.
Esta investigación se basa en una innovadora simulación desarrollada en gran parte en el NCAR/UCAR. La simulación se llama MURaM. MURaM es una simulación realista que se extiende desde las profundidades del Sol - unos 10.000 km por debajo de la superficie - hasta casi 40.000 km en la corona. Las condiciones físicas en ese amplio rango varían ampliamente en cuanto a presión y densidad. MURaM es importante porque los científicos no habían sido capaces de modelar una gama tan amplia de condiciones antes de su desarrollo.
MURaM permitió a los científicos observar el ciclo de vida completo de una erupción solar, empezando por las profundidades del Sol, pasando por la aparición de la erupción en la superficie, hasta su liberación explosiva en el espacio.
Pero el principal resultado en lo que respecta a este estudio es el conjunto de datos creado por MURaM. Estos conjuntos de datos contienen la estructura del campo magnético y el plasma que lo conforma. MURaM permite a los científicos crear observaciones del Sol, incluida la corona, que son "artificiales". La corona del Sol es ópticamente delgada, lo que significa que es fácil ver a través de ella. Aunque esto pueda parecer una ventaja para la observación, no es necesariamente así.
Esa delgadez óptica hace que estructuras como los bucles coronales puedan solaparse entre sí cuando miramos al Sol. Y es difícil distinguir cuáles están en primer plano y cuáles en el fondo. La delgadez óptica también dificulta el discernimiento del grosor de los bucles. ¿Son gruesos, como una manguera de jardín? ¿O son finos, como cinta vista en su borde?
Hay una tercera posibilidad al ver estos bucles en la corona ópticamente delgada. En lugar de un hilo fino, los bucles podrían ser una ilusión óptica causada por un pliegue en una lámina de plasma.
MURaM es una de las simulaciones solares más potentes jamás creadas. Ha demostrado su solidez en muchos aspectos, pero los investigadores siguen siendo cautos. En este trabajo, el equipo comparó sus datos de MURaM con imágenes reales del Sol procedentes del instrumento Atmospheric Imaging Assembly (AIA) del Solar Dynamics Observatory (SDO) de la NASA.
© Malanushenko et al. 2022Las imágenes a, a la d, y la f, son imágenes del AIA que destacan una parte concreta de un bucle coronal. E es una imagen de la simulación MURaM.
"Como los bucles se ajustan a las líneas de campo, los científicos suponen que los bucles son proyecciones en el plano del cielo de delgados tubos de flujo magnético llenos de plasma de diferentes temperaturas y densidades", escriben los autores en su artículo. "Las áreas entre estos tubos de flujo también están llenas de campos magnéticos, pero el plasma es más tenue porque es menos denso. O podría ser una temperatura diferente que no se muestra bien en las longitudes de onda del instrumento que lo detecta".
Los autores estudiaron la emisión volumétrica para ver estas zonas más débiles entre los tubos de flujo. Los cortes finos de MURaM permitieron a los investigadores diseccionar los datos y buscar estructuras y comportamientos que no son aparentes en las imágenes reales. Estos cortes muestran que algunos de los que parecen ser bucles coronales no son bucles, sino que están formados por crestas y arrugas en el plasma.
© Malanushenko et al. 2022Estas imágenes del estudio muestran lo que se llama emisión volumétrica. Son cortes finos de imágenes de los cubos de datos del MURaM. La mayoría de estas imágenes contienen estructuras a gran escala de forma compleja, con numerosas crestas y arrugas, en lugar de estructuras correspondientes a bucles coronales individuales. Estas estructuras no son fáciles de separar unas de otras. Mientras que algunos bucles pueden ser mapeados como manchas brillantes, muchos bucles no parecen
¿Podemos confiar en MURaM?
Los autores señalan que MURaM es una de las simulaciones más realistas hasta la fecha. Lo sabemos porque produce muchas cosas que podemos observar claramente sobre el Sol. "Sin embargo, es ciertamente vulnerable a las críticas, como cualquier otra simulación. No obstante, creemos que nuestros resultados son relevantes para la corona actual...", afirman.
Lo más convincente de este descubrimiento es que MURaM no es la única simulación que produce resultados que apoyan la conclusión de este estudio.
Un estudio de 2005 basado en una simulación diferente descubrió que la huella de algunos bucles coronales "... están arrugados y no son geométricamente simples..." Los autores de esta nueva investigación dicen que eso apoya su conclusión de que algunos bucles coronales no son, de hecho, bucles.
Otro estudio de 2014 basado en simulaciones coronales también encontró emisiones que no parecen bucles. Las imágenes de esa simulación mostraban un componente difuso, varias manchas aisladas y estructuras delgadas y brillantes similares a lo que MURaM mostró en esta nueva investigación. Las arrugas en esas estructuras en forma de lámina producían bucles que se parecían a los artefactos de proyección encontrados en esta nueva investigación.
© Winebarger et al. 2014.Esta figura procede de un artículo de 2014 basado en diferentes simulaciones coronales. Muestra (a) una componente difusa, (b) varias manchas aisladas y (c) estructuras delgadas y brillantes en forma de lámina.
"Sabemos que el diseño de este tipo de técnicas supondría un gran reto, pero este estudio demuestra que la forma en que actualmente interpretamos las observaciones del Sol puede no ser adecuada para que comprendamos realmente la física de nuestra estrella", dijo Malanushenko.
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