Comunicado de prensa: Domingo 19 de febrero de 2006. Fuente: Stanford University.
El 27 de diciembre del 2004, los científicos detectaron la mayor explosión de rayos gamma jamás registrada. Procedía de una estrella de neutrones – una “magneto-estrella” – con un enorme campo magnético que está a 50 000 años luz de distancia.


Sus potentes rayos penetraron dentro de la ionosfera, la capa eléctricamente conductora que envuelve la Tierra. El 19 de febrero en ST. Louis en la reunión anual de la Asociación Americana para el Avance de las Ciencias (AAAS), el profesor de ingeniería eléctrica Umran Inan de la universidad Stanford describió lo que los científicos aprendieron de esta extraña y dramática perturbación atmosférica.

"Enormes rayos gamma – semejantes a la estrella de neutrones SGR 1806-20 – afectaron nuestra ionosfera inferior a tal grado que simplemente observando y midiendo la respuesta y la recuperación de la llamarada, somos capaces de aprender más acerca de la dinámica de estas regiones superiores de la atmósfera, las cuales son finalmente tan importantes para nuestro entendimiento cuantitativo del tiempo climático espacial, al igual que para los sistemas de navegación y comunicación”, dijo Inan en una entrevista reciente. Con más de 250 publicaciones técnicas, él es un pionero en el descubrimiento del fenómeno eléctrico atmosférico conocido como “elfos” (perturbaciones de baja frecuencia debidas a fuentes de pulsos electromagnéticos, que se expanden horizontalmente a grandes alturas), "centelleos rojos" (flashes globulares de color rojo que se elevan hasta alturas de casi 100 kilómetros y que comienzan en la base de la ionosfera) y "chorros azules" (ramificaciones que surgen de la parte superior de las nubes)

Su plática es parte de un simposio, “Una Llamarada Gigante de una Estrella de Neutrones: Ataque a la Tierra procedente de la Galaxia”, que incluye a los astrofísicos Kevin Hurley de la University of California-Berkeley, David Palmer de Los Alamos National Laboratory, Bryan Gaensler del Harvard-Smithsonian Center para Astrofísica y Lynn Cominsky de Sonoma State University.

Para los astrofísicos, la colosal llamarada es una ventana hacia las funciones de una estrella de neutrones. Observaron la llamarada de rayos gamma utilizando dos naves espaciales en órbita y utilizarán el nuevo conocimiento acerca del evento para perfeccionar sus teorías acerca de estos objetos distantes.

En contraste, Inan utiliza equipo, aquí en la Tierra, para medir las ondas de radio de muy baja frecuencia (VLF) que detectan, de lejos, efectos ionosféricos producidos por descargas eléctricas, incluidas la precipitación de electrones de alta energía procedentes de los cinturones de Van Allen y las descargas luminosas a grandes Alturas como los elfos, los centelleos rojos o los chorros. El y su equipo de investigaciones en el Laboratorio Espacial de Telecomunicaciones y Radio Ciencia de Stanford (a.k.a. STAR Lab) se dedican a monitorear constantemente la ionosfera para los efectos localizados. No esperaban ver el efecto en masa que produjo la llamarada en la ionosfera – iluminando toda una mitad de la ionosfera global – pero sin embargo su vigilancia les permitió capturarla. "En el transcurso de nuestros estudios sobre los efectos ionosféricos producidos por rayos de esta clase – cúmulos rojos, elfos y precipitación de electrones – estos básicamente nos cayeron de sorpresa", dijo Inan.

Sondeando la 'esfera – ignorada'

El viento solar es un componente importante del tiempo espacial. Cuando el Sol actúa a través de llamaradas y eyecciones coronarias de masa, transmite partículas energéticas hacia la magnetosfera de la Tierra, aumentando considerablemente el flujo de electrones energéticos atrapados en los cinturones de radiación de Van Allen y también ocasionando grandes cargas en la ionosfera de la Tierra. La ionosfera es la región más externa de la atmósfera superior, la cual se mantiene por la ionización de aire neutro por los fotones solares y los rayos cósmicos. Cuando los rayos cósmicos golpean a dos átomos de nitrógeno unidos en una molécula de gas nitrógeno, los componentes moleculares se separan en átomos de nitrógeno cargados positivamente y electrones cargados negativamente.

"A mayores altitudes, no hay suficiente aire para que las moléculas ionizadas se combinen y se vuelvan neutras nuevamente, de modo que la región permanece ionizada", dijo Inan. "Ahí es donde se encuentra la ionosfera".

Es entre 60 y 90 kilómetros de altura, donde el arrastre atmosférico es demasiado grande para que puedan orbitar los satélites. A la vez, el aire es demasiado tenue para las naves o aún para globos de investigación. La ionización es demasiado débil para proporcionar ecos que puedan detectarse hasta por los mayores radares.

"Esta región ha sido denominada la 'esfera – ignorada' porque no es una región fácil de medir", dijo Inan. "La técnica de VLF que hemos desarrollado es particularmente adecuada para ver a estas altitudes, lo cual no es mensurable de otra manera".

Los cinturones de Van Allen consisten en electrones energéticos atrapados en el campo magnético de la Tierra, los cuales se extienden hacia el espacio y protegen a la Tierra de la radiación cósmica.

"Una de las cosas que hacen los relámpagos es remover los electrones de los cinturones de radiación", explicó Inan. Sin la remoción de los electrones, los cinturones se volverían más y más intensos, dijo.

Cuando los relámpagos relumbran en la superficie de la Tierra, lanzan ondas electromagnéticas hacia los cinturones de radiación Van Allen. En su camino, las ondas electromagnéticas interactúan con electrones energéticos atrapados a lo largo de las líneas del campo magnético de la Tierra en los cinturones de Van Allen y desparraman estos electrones hacia la ionosfera. Las interacciones entre las ondas electromagnéticas cambian la energía y la dirección del momento de los electrones, ocasionando que se precipiten de los cinturones como resultado de la energía aplicada por las descargas eléctricas. A su vez los electrones que precipitan producen manchas de electricidad intensificada en la ionosfera.

Los científicos detectan estas perturbaciones localizadas con las radio ondas de VLF que se propagan a lo largo de la superficie de la Tierra. La ionosfera, como un metal, es un buen conductor eléctrico. Actúa como una guía para las ondas de radio. Es por eso que la curvatura de la Tierra no es una barrera, ya que las ondas de radio de muy baja frecuencia (VLF) rebotan en la ionosfera y se pueden propagar a largas distancias alrededor del globo, en la así denominada guía de onda de la ionosfera de la Tierra.

"[Guillermo] Marconi descubrió las comunicaciones globales debido a los reflejos desde la ionosfera", explicó Inan. "A principios del otro siglo, envió señales desde Inglaterra a los Estados Unidos reflejándolas desde la ionosfera".

Inan y sus colaboradores graban ondas de radio VLF que se propagan desde uno o más transmisores en la superficie de la Tierra a 25 receptores cuyas ubicaciones incluyen a Japón, Francia, Israel, Grecia, Turquía, Hawai, Midway y las islas Kwajalein, a los estados en la unión Americana, Alaska y la Antártica. Los transmisores lanzan ondas que se propagan en la guía de onda formada entre la superficie de la Tierra y la ionosfera.

Cuando el relámpago golpea, lanza una señal electromagnética que se propaga desde la ionosfera a las bandas de Van Allen y puede propagarse de un hemisferio al otro a lo largo de las líneas del campo magnético de la Tierra. Cuando se escuchan a través de unas bocinas, estas señales tienen un sonido muy distintivo y son llamados silbidos.

De noche, el relámpago tiene un efecto notable en ocasionar ionizaciones a altitudes entre 60 y 90 kilómetros, como resultado de la precipitación de electrones energizados por las ondas de los silbidos. Durante el día, la ionización solar extrae los efectos de la precipitación inducida por los electrones de tormentas y los hace casi insignificantes.

Para el año 2007, “El año internacional Heliosférico”, las Naciones Unidas han lanzado una iniciativa tendiente a desplegar los receptores no caros de Inan en cada nación miembro de modo que hasta los científicos y estudiantes de las naciones en desarrollo puedan contar con receptores, enviar datos y tener acceso al enorme archivo de datos. Se están realizando actualmente dichos esfuerzos mediante la obtención de fondos para facilitar este esfuerzo educacional y de alcance de educación global.

Las llamaradas golpean la Tierra en 1998 y 2004

En una edición de la revista Geophysical Review Letters de 1999, Inan y sus colegas del STAR Lab reportaron los efectos ionosféricos de una gigantesca llamarada de rayos gamma de otra estrella. Sucedió el 27 de Agosto de 1998, a mitad de la noche (según la grabación en Stanford en la zona de tiempo del Pacífico), pero ionizó la atmósfera hasta niveles generalmente encontrados solo durante el día.

Como un faro cuya luz rotatoria da en un punto específico en la costa a intervalos regulares, esta estrella de neutrones tenía una periodicidad. Emitía rayos gamma cada 5.16 segundos. "Observamos la respuesta de la ionosfera a eso", dijo Inan. "Efectivamente la ionosfera estaba pulsando durante la noche".

La estrella responsable de la emisión en 2004 se encontraba a la misma distancia que la estrella responsable del estallido de 1998 pero estaba dentro de 5 grados del Sol visto desde la Tierra. Por ello fue que sus rayos gamma llegaron en el lado de día de nuestro planeta. Ninguna de las dos emisiones de rayos gamma de estas estrellas alcanzaron la superficie de la Tierra, según Inan. Ninguna de las dos explosiones significó un peligro para las personas, dijo.




"La parte asombrosa para el nuevo evento, que sucedió durante el día, aún en la parte iluminada de la ionosfera, el efecto de la erupción fue enorme", dijo Inan, "Fue mucho más intensa que el propio sol en términos de producción de ionización".

Los científicos no observaron pulsar la ionosfera con la explosión del 2004, aunque si vieron que los rayos gamma llegaban en pulsos. "Como los rayos gamma estaban del lado de día de la ionosfera, no vimos la periodicidad", dijo Inan. "Vimos un efecto masivo que creó nueva ionización". La vibración fue a niveles menores que el pico inicial y fue opacado por la ionización solar, dijo.

Más poderoso y más brillante que el estallido nocturno, el diurno bombeó 1000 veces más energía a la atmósfera, dijo Inan. “No existe nada como esto [la estrella de neutrones que emitió explosiones en el 2004], para ponerlo en otras palabras, fuera de nuestra galaxia, dijo Inan. Si lo hubiera, dice, estaríamos inundados de rayos gamma, que son rayos X de alta energía de las cuales la atmósfera nos protege creando ionizaciones. “Si el estallido fuese suficientemente intenso, entonces penetraría – la atmósfera no podría pararlo”.

El estallido de 2004 fue más brillante y de más energía que el sol pero solo duró unos instantes. Ionizó la atmósfera hasta una altura de 20 kilómetros (unos 55 000 pies), justo arriba de donde vuelan los aviones comerciales. (La fotoionización solar no es efectiva a tales altitudes porque la atmósfera es muy gruesa, dijo Inan) Sus efectos más intensos en ionizar la atmósfera (denominados picos) duraron unos segundos. Los efectos más intensos en segundo lugar (la cola oscilatoria), duraron cinco minutes. Y el efecto final de los efectos menos intensos (“después de la explosión”) duró una hora.

La llamarada cambió la densidad iónica a una altura de 60 kilómetros desde 0.1 hasta 10 mil electrones libres por pié cuadrado – un aumento de magnitud de seis niveles. Normalmente toma cientos de segundos para que la ionosfera se recupere de las ondas electromagnéticas lanzadas por el rayo.

"Lo sorprendente es que tardó una hora en recuperarse de dicha perturbación”, dijo Inan. “Es un suceso muy poco usual y fue tres órdenes de magnitud mayor que el de 1998, del cual ya pensábamos que había sido muy intenso.

Sobre detectores, tanto de satélite como planetarios

En 1988, la revista Nature publicó un reporte del primer efecto observado de una erupción de rayos gamma en la ionosfera por Inan y Gerald Fishman del Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA. El 27 de diciembre de 2004, fue Fishman quien contactó a Inan para avisarle que un satélite había detectado una explosión gigantesca. El detector del satélite fue diseñado para identificar rayos X de alta energía y rayos gamma del sol. Ese día, el detector contó una cantidad enorme de rayos gamma, ya que se saturó y dejó de contar. Cuanto el conteo de rayos gamma de la emisión comenzó a disminuir, el detector comenzó a contar nuevamente.

Durante el lapso en que el detector no estaba contando, los astrofísicos no tuvieron datos. Pero el grupo de Inan, que monitorea continuamente las ondas de VLF que se propagan a través del planeta para medir la ionosfera, si los tuvo y por lo mismo tuvieron datos que poder compartir. “Nuestra detección continuó porque por supuesto la Tierra no se saturó. La Tierra es un detector demasiado grande como para que se sature”, dijo Inan.

La explosión de rayos gamma de 1998 tuvo un componente de baja energía, dijo Inan. Mientras que los detectores de los satélites buscan rayos de alta energía (20 keV y más), el sistema terrestre de VLF podía detectar también los rayos de baja energía.

"Nuestro modelo nos señaló que sin asumir un componente de baja energía que estaba y que no fue percibido por nuestros colegas en las mediciones de la nave espacial, no podíamos explicar el efecto ionosférico”, dijo Inan. "Este no es el caso de este nuevo evento. Para este nuevo evento, podemos explicar la perturbación ionosférica utilizando los flujos y energías que han medido en las naves espaciales. De modo que esta llamarada en especial podría ser diferente de la previa en términos de su contenido de energía. No en términos de su intensidad – lo cual tiene que ver con el número y la energía de los fotones – porque sabemos que este nuevo es mucho más intenso; pero en términos de energía de fotones, el anterior puede haber tenido fotones de baja energía así como fotones de alta energía”.

Los científicos también observaron por vez primera un fenómeno – una señal de baja frecuencia, intensa, de menos de un segundo de duración – que aún no entienden. Para entender de una manera mejor este fenómeno, Inan hará un modelo de la ionosfera y pedirá un deseo a una estrella – pero es una estrella más extraña que una luna azul: “Veremos si podemos obtener un efecto como este, teóricamente. Pero aún no lo tenemos. Y por supuesto otro evento nos sería de mucha utilidad”.

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Artículo de - Dawn Levy – SpaceRef.com
Aportación de Liberto