Explorando las erupciones del Sol

Las erupciones solares, como la capturada en esta foto, pueden estar confinadas a la superficie del Sol o estallar en el espacio. Pero, ¿qué determina qué sucede? 
Crédito: NASA / SDO.

La actividad solar a veces permanece atrapada cerca de la superficie del Sol, pero a veces se libera en enormes eyecciones de plasma caliente. ¿Qué determina si una erupción solar permanece confinada o es seguida por una erupción catastrófica? Un nuevo estudio revela pistas.

Un acertijo de fulguraciones

Durante el ascenso del ciclo solar de 11 años del Sol, su superficie pasa de muy calma a un entorno turbulento que contiene regiones activas, áreas temporales donde se altera el campo magnético fuerte y complejo. Estas regiones activas liberan energía magnética en forma de fulguraciones (llamaradas) solares, las más grandes de las cuales a menudo, pero no siempre, están asociadas con eyecciones de masa coronal (CME), importantes expulsiones de plasma caliente y campos magnéticos al espacio interestelar.

Imagen H-alfa en falso color de una región activa en la superficie del Sol. 
La Tierra se proporciona en la esquina como referencia de tamaño (escala).
 
Crédito: Telescopio Abierto Holandés.

En el apogeo del ciclo solar, cuando las regiones activas son más comunes, el Sol expulsa alrededor de tres CME por día, y las más violentas de ellas pueden interrumpir las transmisiones de radio en la Tierra, dañar los satélites en órbita e incluso producir cortes de energía. Para predecir estas catastróficas erupciones, es de vital importancia que comprendamos mejor el origen de las CME y cómo se lanzan desde las regiones activas.

Entonces, ¿qué determina si una erupción solar permanece confinada a la superficie del Sol o si está asociada con una CME eruptiva? Un nuevo estudio dirigido por Ting Li (Observatorios Astronómicos Nacionales, Academia de Ciencias de China) ahora explora con más detalle cómo el destino de una erupción puede verse influenciado por la región activa donde se origina.

Profundizando en los datos

Li y sus colaboradores analizaron las observaciones de más de 700 erupciones solares catalogadas por el sistema de Satélites Ambientales Operacionales Geoestacionarios (GOES) entre 2010 y 2019. Los autores compararon estos datos con catálogos de CME de satélites como el Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO) para determinar qué llamaradas se asociaron con erupciones y cuáles permanecieron confinadas.

Un ejemplo de un magnetograma solar de disco completo producido por el HMI
Crédito: NASA / SDO.

Luego, el equipo exploró las propiedades de las regiones activas que produjeron estas erupciones. Para cada destello, Li y sus colaboradores utilizaron los correspondientes magnetogramas vectoriales (imágenes que trazan el campo magnético 3D en el disco solar) del generador de Imágenes Heliosísmicas y Magnéticas (HMI) para calcular el flujo magnético total que pasa a través de las regiones activas justo antes del inicio del destello.

Para atrapar una erupción

Como era de esperar, Li y sus colaboradores encontraron que es más probable que las fulguraciones más grandes estén conectadas con una CME resultante, mientras que es más probable que las fulguraciones más pequeñas permanezcan confinadas.

Pero también determinaron que el flujo magnético total de la región activa juega un papel importante en la determinación del carácter eruptivo de las fulguraciones solares. A medida que aumenta el flujo de la región activa, la pendiente de la relación entre la intensidad del destello y la tasa de asociación destello-CME (es decir, qué porcentaje de destellos están acompañados de CME) se vuelve menos pronunciada.

La relación entre la tasa de asociación destello-CME (es decir, qué porcentaje de destellos están acompañados de CME) y la intensidad del destello se traza aquí para cinco contenedores diferentes de flujo magnético total de la región activa (colores diferentes). Para cada contenedor, las CME son más comunes para fulguraciones más grandes. Pero la pendiente de la relación es más pronunciada para el flujo de la región activa más pequeña, lo que significa que es más probable que un destello de una intensidad dada esté confinado si el flujo de la región activa es mayor. 
Adaptado de Li et al. 2021.

¿Qué significa esto? Para una intensidad de fulguración dada, es más probable que la fulguración venga con una CME eruptiva si su región activa tiene menos flujo magnético. Más flujo magnético significa que hay un confinamiento más fuerte de la llamarada por un campo de fondo superpuesto, lo que evita que estalle.

Estos resultados proporcionan un marco valioso para comprender la conexión entre las fulguraciones y las CME, no solo en el Sol, sino también en otras estrellas de tipo solar en la galaxia, lo que nos acerca un paso más a poder predecir los impactos potenciales de la actividad de las fulguraciones en nuestro Sistema Solar y otros sistemas planetarios similares.

El paper

“Magnetic Flux and Magnetic Nonpotentiality of Active Regions in Eruptive and Confined Solar Flares,” Ting Li et al 2021 ApJL 917 L29. doi: 10.3847 / 2041-8213 / ac1a15.

Fuente: AAS NOVA

Artículo original: «Exploring Eruptions from the Sun«. Susanna Kohler. September 3, 2021.

Material relacionado

Eyecciones de Masa Coronal (CME)

Evolución de Eyecciones de Masa Coronal registradas por los satélites SOHO y STEREO. Crédito: NASA / SOHO / STEREO.

Las eyecciones de masa coronal (CME) son grandes expulsiones de plasma y campo magnético de la corona solar. Pueden expulsar miles de millones de toneladas de material coronal y transportar un campo magnético incrustado (congelado en flujo). Este último es más fuerte que la fuerza del campo magnético interplanetario (IMF) del viento solar de fondo. Las CME viajan desde el Sol a velocidades que van desde menos de 250 kilómetros por segundo (km / s) hasta cerca de 3000 km / s. Las CME más rápidas dirigidas a la Tierra pueden llegar a nuestro planeta en tan solo 15-18 horas. Las CME más lentas pueden tardar varios días en llegar. Se expanden en tamaño a medida que se propagan lejos del Sol. Las CME más grandes pueden alcanzar un tamaño que comprende casi una cuarta parte del espacio entre la Tierra y el Sol cuando alcanzan nuestro planeta.

El artículo siguiente lo explica de forma clara

Ver también la publicación a continuación, que además contiene recursos sobre el tema:

Para un análisis en profundidad del tema comenzando desde la historia de las CME, visitar:

El Evento de Carrington todavía advierte sobre el potencial del Sol, 161 años después

Una eyección de masa coronal brota del Sol el 2 de Diciembre de 2002, vista por el Observatorio Solar y Heliosférico – SOHO.
Crédito: ESA / NASA / SOHO.

El Evento Carrington

El 28 de Agosto de 1859, una serie de manchas solares comenzaron a formarse en la superficie de nuestro padre estelar. Las manchas solares enredaron rápidamente las líneas del campo magnético del Sol en su área y produjeron llamaradas solares brillantes observables. Fueron acompañadas de una, probablemente dos, Eyecciones de Masa Coronal, una de ellas mayor.

La tormenta solar masiva impactó nuestro planeta el 1 y 2 de Septiembre de 1859. Causó una interrupción generalizada de los servicios eléctricos y telegráficos y la aparición de auroras visibles en los trópicos.

El Evento Carrington, como se le conoce coloquialmente, es oficialmente conocido como SOL1859-09-01. Mostró por primera vez la relación potencialmente desastrosa entre el temperamento energético del Sol y la tecnología naciente del siglo XIX. 

También resultó en las primeras observaciones de erupciones solares – por Richard Carrington (por quien se nombra el evento) y Richard Hodgson. Este evento hizo que Carrington se diera cuenta de la relación entre las tormentas geomagnéticas y el Sol.

Fuente de partículas peligrosas de alta energía ubicadas en el Sol

Una eyección de masa coronal, o CME, que entró en erupción en el espacio el 31 de Agosto de 2012. Aquí se muestra una versión combinada de las longitudes de onda 171 y 304 angstrom tomadas del Observatorio de Dinámica Solar (SDO). 
Fuente:
 Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA. 
Crédito: NASA / GSFC / SDO.

La fuente de partículas solares potencialmente peligrosas, liberadas por el Sol a alta velocidad durante tormentas en su atmósfera exterior, ha sido localizada por primera vez. El hallazgo lo hicieron investigadores de UCL y la Universidad George Mason, Virginia, EE. UU.

En el nuevo estudio, publicado en ‘Science Advances‘, los investigadores analizaron la composición de las partículas energéticas solares que se dirigían hacia la Tierra. Encontraron que tenían la misma «huella digital» que el plasma ubicado en la parte baja de la corona del Sol. Esto es, cerca de la región media de la atmósfera del Sol, la cromosfera. 

Curiosidades

El dar y recibir de las Mega fulguraciones de estrellas jóvenes

Estas dos imágenes contienen algunas de las miles de estrellas de un nuevo estudio realizado por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. El estudio describe el vínculo entre llamaradas muy poderosas, o estallidos, de estrellas jóvenes y el impacto que podrían tener en los planetas en órbita a su alrededor.
La Nebulosa de la Laguna (izquierda) es un área a unos 4.400 años luz de la Tierra en la galaxia Vía Láctea donde las estrellas se están formando activamente. Los datos de Chandra (violeta) se han combinado con datos infrarrojos (azul, dorado y blanco) del Telescopio Espacial Spitzer en esta imagen compuesta. 
La imagen de la derecha muestra la región de formación de estrellas llamada RCW 120. Esta también se encuentra en la Vía Láctea, pero un poco más lejos, a una distancia de unos 5.500 años luz. Esta vista de RCW 120 tiene las mismas longitudes de onda y colores que el compuesto Laguna. La imagen contiene una burbuja en expansión de gas hidrógeno, de unos 13 años luz de diámetro.
 Esta estructura puede estar arrastrando material hacia una capa densa y provocando la formación de estrellas.
Crédito Imagen: NASA / CXC / PENN STATE / K. GETMAN, ET AL; INFRARROJOS: NASA / JPL / SPITZER.

Las relaciones prolongadas entre las estrellas y los planetas que las rodean, pueden ser incluso más complejas de lo que se pensaba. Esto vale también para el Sol y la Tierra. Esta es una de las conclusiones de un nuevo estudio que involucró a miles de estrellas utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA.

Un equipo de investigadores hizo el estudio más grande jamás realizado de regiones de formación de estrellas en rayos X. Ello ayudó a delinear el vínculo entre fulguraciones muy poderosas o estallidos en estrellas jóvenes y el impacto que podrían tener en los planetas en órbita.

«Nuestro trabajo nos dice cómo el Sol pudo haberse comportado y afectado a la joven Tierra hace miles de millones de años», dijo Kostantin Getman. Él es de la Universidad Estatal de Pennsylvania en University Park, Pennsylvania y dirigió el estudio. «De alguna manera, esta es nuestra historia de origen final: cómo surgieron la Tierra y el Sistema Solar».

Un caso especial es el de las estrellas enanas tipo M:

¿Pueden los planetas entorno a enanas tipo M sobrevivir a las fulguraciones estelares?

Las pequeñas estrellas brillan activamente y expulsan partículas que pueden alterar y evaporar las atmósferas de los planetas que las orbitan. Nuevos hallazgos sugieren que las grandes super fulguraciones preferentemente ocurren en latitudes altas, evitando a los planetas que orbitan alrededor del ecuador estelar. 
Crédito:
 AIP / J. Fohlmeister.

Podemos aprender mucho sobre las estrellas estudiando la actividad magnética como manchas estelares, llamaradas y eyecciones de masa coronal (CME). Las manchas estelares son particularmente importantes para los científicos que utilizan métodos de velocidad radial para detectar planetas, porque a veces pueden imitar la firma de un planeta en los datos. Pero el ángulo de la astrobiología también es profundo: las enanas M jóvenes, conocidas por la actividad de las fulguraciones, podrían verse fatalmente comprometidas como anfitrionas de vida, porque las fulguraciones fuertes pueden causar estragos en las atmósferas planetarias.

Dada la ubicuidad de las enanas M, son el tipo de estrella más común en nuestra galaxia, nos gustaría saber si son candidatas o no para sustentar la vida. Un artículo de Ekaterina Ilin y el equipo del Instituto Leibniz de Astrofísica en Potsdam profundiza en la cuestión al observar la orientación de la actividad magnética en las enanas M jóvenes.

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