Al igual que las avalanchas en montañas nevadas comienzan con el movimiento de una pequeña cantidad de nieve, la sonda Solar Orbiter ha revelado que una potente llamarada solar puede originarse a partir de débiles perturbaciones magnéticas que se intensifican rápidamente en una erupción a gran escala.
Durante un acercamiento al Sol el 30 de septiembre de 2024, la nave espacial Solar Orbiter, liderada por la ESA, capturó una de sus vistas más detalladas hasta la fecha de una gran llamarada solar utilizando cuatro instrumentos que, en conjunto, proporcionaron una imagen casi completa del evento, desde la corona hasta la superficie visible.
Las llamaradas solares son intensas explosiones que se producen cuando la energía almacenada en campos magnéticos enredados se libera repentinamente a través de la reconexión magnética, donde las líneas de campo que se cruzan con polaridades opuestas se rompen y se reconectan, calentando el plasma a millones de grados y acelerando las partículas a altas energías en cuestión de minutos.
Las llamaradas más potentes pueden desencadenar una serie de eventos que conducen a tormentas geomagnéticas en la Tierra y apagones de radio, lo que hace esencial comprender cómo se libera tan rápidamente la energía magnética almacenada y cómo se aceleran las partículas que pueden poner en peligro a los satélites, los astronautas y los sistemas tecnológicos.
En las nuevas observaciones, el Imager de Ultravioleta Extremo de Solar Orbiter (EUI) resolvió estructuras de apenas unos cientos de kilómetros de diámetro en la atmósfera exterior, o corona, registrando imágenes cada dos segundos, mientras que los instrumentos SPICE, STIX y PHI sondearon diferentes capas y regímenes de temperatura hasta la fotosfera durante un período de aproximadamente 40 minutos antes y durante la llamarada.
“Cuando EUI observó por primera vez la región a las 23:06 UT, unos 40 minutos antes de que la llamarada alcanzara su punto máximo, ya vimos un arco oscuro en forma de filamento de campo magnético y plasma retorcidos conectados a un patrón en forma de cruz de bucles magnéticos que se iluminaban”, afirma Pradeep Chitta, del Instituto Max Planck de Investigación del Sistema Solar y autor principal del estudio.
En los datos de alta cadencia de EUI, aparecieron nuevas hebras magnéticas en cada fotograma, cada una confinada y retorciéndose como pequeñas cuerdas, hasta que la estructura se volvió inestable y las hebras comenzaron a romperse y reconectarse, desencadenando una cascada de eventos de reconexión adicionales que intensificaron rápidamente la región.
Un brillo particularmente fuerte comenzó a las 23:29 UT, cuando el filamento oscuro se desconectó de un lado, lanzó material al espacio y se desenrolló violentamente, con brillantes firmas de reconexión que brillaban a lo largo de su longitud cuando la llamarada principal entró en erupción alrededor de las 23:47 UT.
“Estos minutos antes de la llamarada son extremadamente importantes y Solar Orbiter nos brindó una ventana a la base de la llamarada donde comenzó este proceso de avalancha”, dice Chitta, quien señala que las observaciones muestran cómo una secuencia de eventos de reconexión más pequeños en el espacio y el tiempo puede impulsar una gran llamarada en lugar de una explosión coherente única.
Los resultados brindan un apoyo directo a un modelo de avalancha largamente sospechado en el que muchos eventos de reconexión pequeños e interactuantes impulsan colectivamente una llamarada importante, demostrando que el “motor central” de la llamarada es una cascada de liberaciones de energía magnética en lugar de un episodio aislado.
Por primera vez, las mediciones simultáneas de SPICE y STIX permitieron al equipo examinar en detalle cómo la rápida sucesión de eventos de reconexión depositó energía en la corona, con la emisión de rayos X de alta energía que marcaba dónde las partículas aceleradas golpeaban capas más densas y liberaban su energía.
Durante la llamarada del 30 de septiembre, la emisión de ultravioleta a rayos X ya estaba aumentando cuando SPICE y STIX comenzaron a observar, luego se disparó a medida que la reconexión se intensificó, acelerando las partículas a aproximadamente el 40 al 50 por ciento de la velocidad de la luz, lo que corresponde a unos 431 a 540 millones de kilómetros por hora.
Las observaciones muestran que la energía se transfirió eficientemente del campo magnético estresado al plasma circundante durante estos eventos de reconexión, impulsando un intenso calentamiento y la aceleración de partículas que son centrales para las peligrosas condiciones climáticas espaciales.
“Vimos características en forma de cinta que se movían extremadamente rápido a través de la atmósfera del Sol, incluso antes del episodio principal de la llamarada”, dice Chitta. “Estas corrientes de gotas de plasma que caen son firmas de deposición de energía que se fortalecen a medida que avanza la llamarada y continúan incluso después de que la llamarada parece disminuir.”
Después de la fase principal, las imágenes de EUI muestran que la estructura magnética en forma de cruz se relaja, mientras que STIX y SPICE registraron el enfriamiento del plasma y la disminución de la emisión de partículas, y PHI detectó la huella de la llamarada en la superficie visible, construyendo conjuntamente una vista tridimensional de cómo la erupción se desarrolló desde la corona hasta la fotosfera.
“No esperábamos que el proceso de avalancha pudiera conducir a partículas de tan alta energía”, dice Chitta, y agrega que separar completamente los detalles de la aceleración de partículas en estos entornos requerirá imágenes de rayos X de mayor resolución de futuras misiones.
“Este es uno de los resultados más emocionantes de Solar Orbiter hasta ahora”, dice Miho Janvier, coprojecto científico de Solar Orbiter de la ESA, quien señala que las observaciones resaltan el papel clave de la liberación de energía magnética tipo avalancha en el impulso de las llamaradas y plantean la pregunta de si procesos similares operan en todas las llamaradas solares y estelares.
El coautor David Pontin, de la Universidad de Newcastle, Australia, dice que al combinar los datos de EUI con las mediciones del campo magnético, los investigadores podrían reconstruir la cadena de eventos que condujeron a la llamarada, desafiando los modelos teóricos existentes y proporcionando restricciones cruciales para refinarlos y mejorar las futuras predicciones de llamaradas y clima espacial.
Research Report:A magnetic avalanche as the central engine powering a solar flare
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