Astrónomos resuelven un enigma del sol: cómo las ondas de Alfvén aceleran y calientan el viento solar

Un equipo internacional de especialistas liderado por el Centro de Astrofísica Harvard y Smithsonian de Estados Unidos resolvió uno de los enigmas del sol que más ha llamado la atención de la comunidad científica.

Con el apoyo de las sondas Solar Orbiter operada por la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Parker Solar Probe de la NASA, descubrieron cómo se acelera y calienta el viento solar, procesos de los que son responsables las ondas de Alfvén.

Estas, a grandes rasgos, son un tipo de onda electromagnética de plasma, las cuales reciben su nombre en honor al físico sueco Hannes Alfvén, quien recibió el Premio Nobel de su área en 1970.

Los autores pudieron demostrar que estas impulsan la aceleración y el calentamiento del viento solar.

Un artículo de la ESA define este último como “una corriente constante de partículas cargadas que escapa de la atmósfera solar (llamada corona) para fluir más allá de la Tierra”.

La colisión del viento solar con la atmósfera del planeta es lo que desencadena las auroras boreales.

“Antes de este trabajo se había sugerido que las ondas de Alfvén eran una fuente de energía potencial, pero no teníamos una prueba definitiva”, declaró la primera autora conjunta de la investigación, Yaimy Rivera, en un comunicado de la ESA.

Sin embargo, el misterio pudo ser resuelto y los hallazgos fueron publicados en la revista Science a finales de agosto de 2024.

Desde la ESA explican que el viento solar “rápido” se mueve a velocidades superiores a los 500 km/s, lo que equivale a 1,8 millones de km/h.

“Curiosamente, sale de la corona del sol a velocidades más bajas, por lo que algo lo acelera a medida que se aleja. El viento de un millón de grados se enfría de forma natural a medida que se expande en un volumen mayor y se vuelve menos denso, de manera muy similar al aire en la Tierra cuando escalas una montaña. Y, sin embargo, se enfría más lentamente de lo esperado solo por este efecto”.

La pregunta qué el equipo de científicos trataba de responder era cuál es la fuente de esa energía que se requiere para acelerar y calentar “las partes más rápidas del viento solar”.

Fue ahí cuando los datos de las sondas Solar Orbiter y Parker Solar Probe adoptaron un papel fundamental para descubrir que “la respuesta son las oscilaciones a gran escala en el campo magnético del sol, conocidas como ondas de Alfvén”.

El hecho de que ambas cuentan con las herramientas necesarias para medir las propiedades del plasma contribuyó a que pudieran reunir evidencia concluyente, afirman desde la ESA.

La Parker Solar Probe opera aproximadamente a unos 9 millones de kilómetros del sol, mientras que la Solar Orbiter lo hace a unos 89 millones.

Pese a que lo hacen a distintas distancias y en diferentes órbitas, las dos se alinearon en febrero de 2022, lo que fue crucial para concretar los hallazgos.

En palabras de Yeimy, “este trabajo fue posible gracias a la alineación muy especial de las dos naves espaciales”.

“Tomaron muestras de la misma corriente de viento solar en diferentes etapas de su viaje desde el sol”, precisó la científica del Centro de Astrofísica Harvard y Smithsonian.

Ya con esos datos, compararon las respectivas mediciones de las sondas para hacer el análisis.

Lo que consiguieron también refleja la importancia de “las configuraciones magnéticas conocidas como zigzags para la aceleración del viento”, asegura la ESA.

“Son grandes desviaciones en las líneas del campo magnético del sol y son ejemplos de ondas de Alfvén (...) Este nuevo trabajo confirma que estos parches de zigzags contienen suficiente energía para ser responsables de la parte faltante de la aceleración y el calentamiento del viento solar rápido”.

El científico del proyecto Solar Orbiter de la ESA, Daniel Müller, manifestó que la investigación publicada en Science “reúne de manera experta algunas piezas importantes del rompecabezas solar”.

“Cada vez más, la combinación de datos recopilados por Solar Orbiter, Parker Solar Probe y otras misiones nos muestra que diferentes fenómenos solares realmente trabajan juntos para construir este extraordinario entorno magnético”.

Junto con ello, el primer autor conjunto, Samuel Badman, anticipó que los resultados permitirán hacer más descubrimientos en el futuro, incluso de fenómenos ubicados más allá del sistema solar que conocemos.

“Nuestro sol es la única estrella del universo en la que podemos medir directamente sus vientos. Por lo tanto, lo que hemos aprendido se aplica potencialmente al menos a otras estrellas similares al sol, y quizás a otros tipos de estrellas que tienen vientos”, agregó el especialista del Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian, en el comunicado de la ESA.

Puedes leer la investigación haciendo click en este enlace y encontrar el abstract (un breve resumen de los autores) a continuación:

—Tras abandonar la corona del sol, el viento solar continúa acelerándose y se enfría, pero más lentamente de lo esperado para un gas adiabático en libre expansión.

Las ondas de Alfvén son perturbaciones del campo magnético interplanetario que transportan energía. Usamos mediciones in situ de las naves Parker Solar Probe y Solar Orbiter para investigar una corriente de viento solar mientras atraviesa la heliosfera interior.

Las observaciones muestran el calentamiento y la aceleración del plasma entre el borde exterior de la corona y cerca de la órbita de Venus, junto con la presencia de ondas de Alfvén de gran amplitud.

Calculamos que la amortiguación y el trabajo mecánico realizado por las ondas de Alfvén son suficientes para impulsar el calentamiento y la aceleración del viento solar rápido en la heliosfera interior.