Las Erupciones Solares muestran sus Verdaderos Colores

#1#2 de junio de 1999: Pero, a diferencia de los humanos y las explosiones de rayos gamma, cuyas huellas dactilares son tan únicas como… bien…, como huellas dactilares, nuevas investigaciones muestran que el comportamiento espectral detallado de las erupciones solares se encuadra, en su mayor parte, dentro de sólo dos categorías. Este resultado, presentado hoy en la Reunión del Centenario de la Sociedad Astronómica Americana en Chicago, podría permitir una mejor compresión de cómo las partículas pueden ser aceleradas hasta altas energías durante las erupciones solares. Esto podría llegar a ser de especial importancia en los próximos cinco años, en los que la actividad del Sol alcanza su punto álgido durante el máximo solar. “En este momento, podemos representar básicamente las propiedades brutas de las erupciones solares con nuestras simulaciones numéricas”, explicó la doctora Elizabeth Newton, física solar del Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA. Estas “propiedades brutas” son como tener la idea básica de que la gente posee dos brazos, dos piernas y de que camina erguida. Sólo cuando miras más de cerca a la gente, empiezas a encontrarte con características diferentes, como huellas dactilares. Aparentemente, lo mismo podría aplicarse a las erupciones, pero sólo hasta cierto punto. Modelo de comportamiento. “Cuando ‘construimos una erupción’ durante una simulación por ordenador, podemos reproducir aspectos como el número total de partículas que están siendo aceleradas, las energías que llegan a alcanzar y las escalas de tiempo en las que todo esto ocurre”, señaló Newton. Así que el siguiente paso lógico en este proceso de comprensión es investigar los detalles y ver si los modelos computerizados pueden describir observaciones más detalladas, por ejemplo, cómo la distribución de energía emitida (lo que se denomina espectro) varía con el tiempo durante una erupción. “A esta variación con el tiempo la denominamos ‘evolución espectral’”, continuó Newton. “¿Ocurre lo mismo en todas las erupciones? ¿Son todas diferentes? ¿Existen ‘clases’ de erupciones? "Esto es detrás de lo que estamos”. Las erupciones solares son tremendas explosiones que tienen lugar sobre la superficie y en la atmósfera del Sol. En cuestión de sólo unos pocos segundos, calientan la materia hasta muchos millones de grados y liberan energía equivalente a mil millones de megatones de TNT. #2# Ocurren cerca de las manchas solares y, normalmente, a lo largo de la línea divisoria (línea neutra) entre áreas de campos magnéticos directamente opuestos, en la cual, los campos entran en tensión (se rompen). En algunos casos, estas llamaradas están asociadas con erupciones de materia solar hacia el espacio, llamadas “Eyecciones de Masa Coronal”. Estos fenómenos liberan un millón de tons (1 tonelada métrica equivale a 1,102 toneladas cortas, short tons o tons) de partículas que viajan a una velocidad de 1,6 millones de km/h (1 millón de mph), a veces, dirigidas hacia la Tierra. En una erupción solar, la energía magnética liberada acelera partículas –electrones y protones– hasta alcanzar energías extremadamente elevadas. Cuando estas partículas chocan contra la atmósfera solar, su energía cinética se transforma en rayos X y rayos gamma que son detectados por satélites en órbita. La evolución espectral de una erupción puede ser considerada entonces como una huella dactilar directa del mecanismo por el que las partículas son aceleradas a altas energías en el Sol y el tipo de objetivo o blanco con el que interaccionan. “Es una huella del mecanismo acelerador que, durante una erupción, lleva a estas partículas hasta energías tan elevadas y del material con qué estas partículas están interaccionando”, señaló Newton. “Y lo que hemos encontrado es que, entre una erupción y otra, existen asombrosas similitudes en cuanto a la variación temporal y energética de los rayos X producidos por estas partículas”. Habitualmente, las erupciones producen pequeñas diferencias de brillo del Sol en el espectro visible, pero son bastante destacables en el ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Su salida a altas energías puede afectar la atmósfera externa de la Tierra y dañar los dispositivos electrónicos de los satélites. Los científicos han desarrollado un sistema de clasificación de la intensidad de una erupción relacionado con el flujo total de rayos X o el brillo óptico. Pero este sistema no describe cómo se distribuyen las energías dentro del intervalo completo de emisión de rayos X. Como un primer paso para afirmar si la distribución de energías de una erupción con emisión de rayos X aporta pruebas sobre sus causas, Newton hizo uso de una técnica denominada “diagramas color-color”, desarrollada para el estudio de rayos X de estrellas binarias. Tim Giblin, estudiante graduado que trabaja para la NASA/Marshall, ya ha aplicado antes esta técnica sobre explosiones de rayos gamma, encontrando que dichas explosiones entran dentro de media docena de patrones o más. Trazado en color. En un diagrama color-color, un científico traza la proporción, o “color”, con que un evento se presenta en una banda de energía frente a su proporción en otra banda de energía diferente. Sería similar a emplear el ecualizador gráfico de un equipo estéreo y determinar la proporción del volumen del sonido en dos canales “de agudos” y compararlo con la proporción del volumen del sonido en dos canales “de bajos”. La diferencia está en que, en lugar de la amplitud del sonido, los científicos emplean el diagrama para estudiar el brillo de los rayos X y los rayos gamma. “Estos diagramas son muy útiles”, comentó Newton, “puesto que no se basan en ninguna suposición sobre lo que parece el espectro. Son completamente independientes de modelos, herramientas empíricas para examinar lo que ocurre en una erupción”. Investigaciones anteriores sobre la evolución espectral se habían visto obligadas a asumir un modelo espectral para la erupción antes de caracterizar su evolución. Tanto Newton como Giblin emplean datos procedentes del experimento BATSE (Burst and Transient Source Experiment) a bordo del Observatorio Compton de Rayos Gamma. Aunque el BATSE fue diseñado para localizar los estallidos de rayos gamma en el espacio profundo, también puede detectar los rayos gamma y X de cualquier objeto en el espacio, incluido el Sol. El BATSE detecta la radiación procedente de erupciones de entre 20 000 y 1,87 millones de electrón-voltios (eV) (ligeramente superior a la energía de los fotones en una radiografía dental tradicional), y la divide en dieciséis canales de energía, ofreciendo así múltiples instantáneas en 16-canales de una erupción cada segundo. Newton consideró la proporción del brillo en los canales de menor energía y la proporción de brillo en los de mayor energía, y trazó los dos valores uno frente al otro. Para ayudar al ojo humano a seguir en el tiempo la erupción desde su inicio hasta su final, se asigna un color visual diferente a cada uno de los puntos temporales para los cuales se determinan las proporciones de brillo. Dos visiones de un mismo acontecimiento. Newton analizó 114 erupciones detectadas por el BATSE y también por el Telescopio de Rayos X Fuertes a bordo del satélite japonés de física solar Yohkoh, obteniendo así dos vistas independientes de los mismos sucesos en el Sol. Hasta este punto, sin embargo, el análisis sólo se ha concentrado en los datos de mayor sensibilidad proporcionados por el BATSE. #3# De 36 erupciones con datos suficientes en los canales de mayor energía, Newton encontró que alrededor del 80 por ciento del color de los diagramas entraba dentro de un modelo “Lazy V”, y un 18 por ciento, dentro de un modelo de “Crecimiento inverso”. Los datos del 2 por ciento restante no fueron suficientes para determinar con claridad su pertenencia a una u otra categoría. Este comportamiento de las erupciones está en claro contraste con el de sus “primas cósmicas” las explosiones de rayos gamma, que muestran media docena de patrones diferentes o más en su evolución espectral. Los resultados del diagrama de color no ofrecen una clara respuesta al misterio de qué es lo que acelera la materia en una erupción, pero ayudará a los científicos a centrar sus investigaciones. “Necesitamos caracterizar por completo el comportamiento antes de poder explicarlo”, comentó Newton. “Esperamos encontrar alguna relación entre los diagramas color-color de una erupción y el tipo de erupción. Querríamos predecir cuáles pueden llegar a causar eyecciones de masa coronal y cuáles serán simplemente flor de un día”. “En otras palabras, para hacer un modelo preciso de aquello que acelera las partículas en las erupciones solares, tenemos que conocer mediante observaciones el comportamiento de fondo que se supone debe predecir dicho modelo. No estamos buscando algo que apoyaría un modelo de aceleración aleatoria, como el que probablemente resultaría en todos los diagramas de color de las erupciones al ser únicos como huellas dactilares. Hay algún tipo de control local involucrado en cómo los rayos X son producidos, y este control local parece ser el mismo en una significativa mayoría de las erupciones”. Los científicos esperan ansiosos el lanzamiento del próximo instrumento para ser aplicado en esta área, el Trazador Espectroscópico Solar de Alta Energía (HESSI, High Energy Solar Spectroscopic Imager), programado para el 4 de julio de 2000. La misión principal del HESSI es explorar la física básica de la aceleración de partículas y la energía explosiva liberada en las erupciones solares, y permitirá obtener una mejor resolución espectral y temporal, además de imágenes de las erupciones.