Nuestro Sol encierra un profundo misterio. Mientras que la temperatura de la superficie del Sol ronda los 10.000 grados Fahrenheit, su atmósfera exterior, conocida como corona solar, registra más de 2 millones de grados Fahrenheit, unas 200 veces más caliente.
© NASA/Goddard/SDOImagen que muestra dos agujeros coronales, representados como regiones relativamente oscuras. Los agujeros coronales son regiones de menor densidad y temperatura de la atmósfera exterior del Sol, conocida como corona.
Ahora, un equipo dirigido por Sayak Bose, investigador del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), ha logrado un avance significativo en la comprensión del mecanismo de calentamiento subyacente. Sus hallazgos recientes muestran que las ondas de plasma reflejadas podrían impulsar el calentamiento de los agujeros coronales, que son regiones de baja densidad de la corona solar con líneas de campo magnético abiertas que se extienden hasta el espacio interplanetario. Estos hallazgos suponen un gran avance hacia la resolución de uno de los dilemas más misteriosos de nuestra estrella más cercana.
«Los científicos sabían que los agujeros coronales alcanzan temperaturas elevadas, pero no conocían bien el mecanismo subyacente responsable del calentamiento», explica Bose, autor principal del artículo que recoge los resultados en The Astrophysical Journal. «Nuestros hallazgos revelan que la reflexión de ondas de plasma puede hacerlo. Este es el primer experimento de laboratorio que demuestra que las ondas Alfvén se reflejan en condiciones relevantes para los agujeros coronales.»
Predichas por primera vez por el físico sueco y Premio Nobel Hannes Alfvén, las ondas que llevan su nombre se asemejan a las vibraciones de cuerdas de guitarra pulsadas, salvo que en este caso, las ondas de plasma son causadas por campos magnéticos ondulantes.
Bose y otros miembros del equipo utilizaron la columna de plasma de 20 metros de largo del Gran Dispositivo de Plasma (LAPD) de la Universidad de California-Los Ángeles (UCLA) para excitar las ondas de Alfvén en condiciones que imitan las que se producen alrededor de los agujeros coronales.
El experimento demostró que cuando las ondas Alfvén se encuentran con regiones de densidad de plasma e intensidad de campo magnético variables, como ocurre en la atmósfera solar alrededor de los agujeros coronales, pueden reflejarse y viajar hacia atrás, hacia su origen. La colisión de las ondas que se desplazan hacia el exterior y las reflejadas provoca turbulencias que, a su vez, causan calentamiento.
«Los físicos han planteado durante mucho tiempo la hipótesis de que la reflexión de las ondas de Alfvén podría ayudar a explicar el calentamiento de los agujeros coronales, pero ha sido imposible verificarlo en el laboratorio o medirlo directamente», dijo Jason TenBarge, investigador visitante en el PPPL, que también contribuyó a la investigación.
«Este trabajo proporciona la primera verificación experimental de que la reflexión de las ondas Alfvén no sólo es posible, sino también de que la cantidad de energía reflejada es suficiente para calentar los agujeros coronales».
Junto con la realización de los experimentos de laboratorio, el equipo llevó a cabo simulaciones por ordenador de los mismos, que corroboraron la reflexión de las ondas Alfvén en condiciones similares a las de los agujeros coronales.
«Realizamos múltiples verificaciones de forma rutinaria para garantizar la exactitud de nuestros resultados observados», dijo Bose, "y la realización de simulaciones fue uno de esos pasos". La física de la reflexión de las ondas de Alfvén es muy fascinante y complicada. Es asombroso hasta qué punto los experimentos de laboratorio y las simulaciones de física básica pueden mejorar significativamente nuestra comprensión de sistemas naturales como nuestro Sol.»
Entre los colaboradores se encontraban científicos de la Universidad de Princeton, la Universidad de California-Los Ángeles y la Universidad de Columbia.
Más información: Sayak Bose et al, Experimental Study of Alfvén Wave Reflection from an Alfvén-speed Gradient Relevant to the Solar Coronal Holes, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad528f
Raphael Rosen
Raphael Rosen es el especialista en comunicaciones científicas del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL)
Comentario: Una versión simplificada pero informativa del problema del calentamiento coronal. De la NASA en 2018: