Doble problema: SolarOrbiter rastrea electrones ultrarrápidos hasta el Sol

Fuente ESA/Solar Orbiter

La misión Solar Orbiter, dirigida por la Agencia Espacial Europea, ha dividido el torrente de partículas energéticas arrojadas al espacio desde el Sol en dos grupos, rastreando cada uno de ellos hasta un tipo diferente de explosión procedente de nuestra estrella.

El Sol es el acelerador de partículas más energético del Sistema Solar. Impulsa electrones a velocidades cercanas a la de la luz y los expulsa al espacio, inundando el Sistema Solar con los llamados «Electrones Energéticos Solares» (EES).

Los investigadores han utilizado Solar Orbiter para identificar el origen de estos electrones energéticos y relacionar lo que observamos en el espacio con lo que realmente ocurre en el Sol. Han descubierto dos tipos de EES con historias claramente diferenciadas: uno relacionado con intensas erupciones solares (explosiones provenientes de pequeñas áreas de la superficie solar) y otro con erupciones más grandes de gas caliente proveniente de la atmósfera solar (conocidas como «eyecciones de masa coronal» o CME).

“Observamos una clara distinción entre los eventos de partículas ‘impulsivos’, en los que estos electrones energéticos se alejan rápidamente de la superficie solar en ráfagas a través de erupciones solares, y los eventos ‘graduales’, asociados con CME más extensas, que liberan una oleada más amplia de partículas durante períodos más largos”, afirma el autor principal, Alexander Warmuth, del Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP), Alemania.

Una conexión más clara

Si bien los científicos eran conscientes de la existencia de dos tipos de eventos de SEE, Solar Orbiter pudo medir un gran número de eventos y observar mucho más cerca del Sol que otras misiones, para revelar cómo se forman y abandonan la superficie de nuestra estrella.

“Solo pudimos identificar y comprender estos dos grupos observando cientos de eventos a diferentes distancias del Sol con múltiples instrumentos, algo que solo Solar Orbiter puede hacer”, añade Alexander. “Al acercarnos tanto a nuestra estrella, pudimos medir las partículas en un estado inicial prístino y, así, determinar con precisión el momento y el lugar en que se originaron en el Sol”.

El estudio es el más completo de eventos SEE hasta la fecha y produce un catálogo que seguirá creciendo a lo largo de la vida de Solar Orbiter. Se utilizaron ocho de los diez instrumentos de Solar Orbiter para observar más de 300 eventos entre noviembre de 2020 y diciembre de 2022.

“Es la primera vez que observamos claramente esta conexión entre los electrones energéticos en el espacio y sus eventos fuente que tienen lugar en el Sol”, añade el coautor Frederic Schuller, también del AIP.

Medimos las partículas in situ (es decir, Solar Orbiter voló a través de las corrientes de electrones) utilizando el Detector de Partículas Energéticas de la sonda, a la vez que empleamos más instrumentos de la nave espacial para observar lo que sucedía en el Sol. También recopilamos información sobre el entorno espacial entre el Sol y la nave espacial.

Retrasos en los vuelos

Los investigadores detectaron los eventos de ESE a diferentes distancias del Sol. Esto les permitió estudiar el comportamiento de los electrones a medida que viajan por el Sistema Solar, respondiendo a una pregunta persistente sobre estas partículas energéticas.

Cuando detectamos una llamarada o una CME, a menudo hay un retraso aparente entre lo que vemos en el Sol y la liberación de electrones energéticos al espacio. En casos extremos, las partículas parecen tardar horas en escapar. ¿Por qué?

«Resulta que esto está relacionado, al menos en parte, con la forma en que los electrones viajan por el espacio: podría tratarse de un retraso en la liberación, pero también en la detección», afirma Laura Rodríguez-García, coautora e investigadora de la ESA. «Los electrones experimentan turbulencias, se dispersan en diferentes direcciones, etc., por lo que no los detectamos inmediatamente. Estos efectos se acumulan a medida que nos alejamos del Sol».

El espacio entre el Sol y los planetas del Sistema Solar no está vacío. Un viento de partículas cargadas emana constantemente del Sol, arrastrando consigo su campo magnético. Este viento llena el espacio e influye en el desplazamiento de los electrones energéticos; en lugar de poder ir a su antojo, se ven confinados, dispersados ​​y perturbados por este viento y su magnetismo.

El estudio cumple un objetivo importante de Solar Orbiter: monitorizar continuamente nuestra estrella y sus alrededores para rastrear las partículas expulsadas hasta su origen en el Sol.

«Gracias a Solar Orbiter, estamos conociendo nuestra estrella mejor que nunca», afirma Daniel Müller, científico del proyecto Solar Orbiter de la ESA. «Durante sus primeros cinco años en el espacio, Solar Orbiter ha observado una gran cantidad de eventos de electrones energéticos solares. Como resultado, hemos podido realizar análisis detallados y crear una base de datos única para que la comunidad internacional la explore».

Manteniendo la Tierra segura

Este hallazgo es crucial para comprender la meteorología espacial, donde una predicción precisa es esencial para mantener nuestras naves espaciales operativas y seguras. Uno de los dos tipos de eventos de SEE es más importante para la meteorología espacial: el relacionado con las CME, que tienden a contener partículas de alta energía y, por lo tanto, amenazan con causar daños mucho mayores. Por ello, poder distinguir entre los dos tipos de electrones energéticos es fundamental para nuestra predicción.

“Conocimientos como este, obtenidos por Solar Orbiter, ayudarán a proteger otras naves espaciales en el futuro, al permitirnos comprender mejor las partículas energéticas del Sol que amenazan a nuestros astronautas y satélites”, añade Daniel. “La investigación es un excelente ejemplo del poder de la colaboración; solo fue posible gracias a la experiencia combinada y al trabajo en equipo de científicos europeos, equipos de instrumentos de los Estados miembros de la ESA y colegas de EE. UU.”.

De cara al futuro, la misión Vigil de la ESA será pionera en un enfoque revolucionario: observará operativamente el Sol por primera vez, lo que permitirá obtener información continua sobre la actividad solar. Vigil, que se lanzará en 2031, detectará eventos solares potencialmente peligrosos antes de que se observen desde la Tierra, lo que nos permitirá conocer con antelación su velocidad, dirección y probabilidad de impacto.

Nuestra comprensión de cómo responde nuestro planeta a las tormentas solares también se profundizará con el lanzamiento de la misión Smile de la ESA el próximo año. Smile estudiará cómo la Tierra soporta el viento implacable y las explosiones esporádicas de partículas potentes que el Sol nos lanza, explorando cómo estas interactúan con el campo magnético protector de nuestro planeta.