Campos de Estrellas

El pasado otoño de 2011, Neil Sheeley, un científico que se dedica al estudio del Sol, hizo lo mismo que había hecho en muchas otras ocasiones, mirar las imágenes del SDO (Solar Dynamics Observatory), un observatorio solar de la NASA en el espacio. Pero a diferencia otras ocasiones, en las imágenes vió algo diferente, algo que no había visto hasta entonces, un patrón de celdas en la atmósfera del Sol, brillantes hacia el centro y oscuras en los bordes, similares a las celdas que ya conocíamos en la superficie del Sol, pero éstas celdas se encontraban por encima de la superficie, en la corona solar, una zona dominada por bucles de plasma que siguen las líneas del campo magnético del Sol, y por agujeros por los que escapa la atmósfera solar para integrarse en el viento solar. En la publicación de su estudio, que aparecera en el The Astrophysical Journal, Neil Sheeley las ha denominado celdas coronales (“coronal cells”).

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Las celdas coronales se dan en zonas entre los agujeros de la corona, zonas más frías y menos densas que aparecen como regiones oscuras en las imágenes, y entre los canales de filamentos, que marcan los límites entre las regiones cuya líneas s campos magnéticos apuntan en diferentes direcciones, unas saliendo de la superficie del Sol, y otras entrando. Entender la evolución de estas celdas puede proporcionar pistas sobre los cambios que aparecen en los campos magnéticos de los bordes de los agujeros coronales, y cómo éstos afectan a la emisión continua de material desde el Sol, que produce el viento solar que fluye desde estos agujeros.

Según Sheeley, “Estas celdas coronales se parecen a las llamas de las velas de una tarta de cumpleaños”, “Cuando se miran desde un lado parecen llamas. Cuando se miran desde arriba parecen células. Y tuvimos una magnífica forma de comprobar esto, ya que hemos podido mirarlas desde arriba y desde un lado al mismo tiempo usando las observaciones de SDO, STEREO-A y STEREO-B”.

NRL

Cuando las células fueron descubiertas en otoño de 2011, la nave espacial SDO y las dos naves STEREO tenían puntos de vista muy diferentes del Sol. Conforme la rotación del Sol transportaba las celdas en un ciclo de 27 días, tuvimos una primera visión con los datos de la sonda STEREO-B, a continuación con SDO, y finalmente con STEREO-A, antes de comenzar otra vez en STEREO-B. Además, cuando un observatorio miraba directamente sobre las células, otro observatorio podía verlas desde un lado.

Los investigadores construyeron una secuencia en timelapse con imágenes obtenidas de los tres satélites para realizar un seguimiento de estas células alrededor del sol. Cuando uno de estos observatorio miró una de estas áreas desde arriba, se vió el patrón de célula que Sheeley observó por primera vez. Pero cuando la misma región se miró oblicuamente, mostró plumas inclinadas hacia un lado. En conjunto, estas imágenes en dos dimensiones revelan la naturaleza tridimensional de las células, que adoptan lan forma de columnas de material que se extiende hacia arriba a través de la atmósfera del Sol, como gigantescos pilares de gas.

Para completar el cuadro aún más, el equipo utilizó otros instrumentos y naves espaciales. Las imágenes originales de SDO son de su Atmospheric Imaging Assembly, que ofrece las imágenes convencionales del sol. Pero otro instrumento de SDO, el reproductor de imágenes heliosísmicas y magnéticas (HMI), proporciona mapas magnéticos del Sol. Los científicos superpusieron las imágenes convencionales de las células a las imágenes HMI del campo magnético, para así determinar la ubicación de las células de la corona en relación con los complejos campos magnéticos de la superficie del sol. De este trabajo pudieron obtener algunos resultados.

En primer lugar, los haces de campo magnético estaban centrados dentro de las células coronales. Esto representa una clara diferencia entre las células de la corona, y otro conocido fenómeno conocido como supergránulos. Los supergránulos forman un gran patrón celular en la superficie del sol, sus bordes delineados se crean cuando el movimiento lateral del material solar barre los campos magnéticos más débiles hacia sus bordes. Por lo tanto, los supergránulos parece que han intensificado los campos magnéticos en sus bordes, mientras que las células coronales lo han hecho en sus centros.

En segundo lugar, los científicos aprendieron más sobre cómo las células de la corona estaban relacionadas con otras estructuras en el Sol, a partir de su ubicación entre un agujero en la corona y un canal de filamento cercano. Las células siempre aparecieron en áreas dominadas por campos magnéticos que apuntan en una sola dirección, ya sea hacia arriba o hacia abajo. Además, los campos del agujero coronal cercano son de los que se conocen como “abiertos”, aquellos que se extiende lejos en el espacio sin tener que volver al sol. Por otro lado, las líneas de campo en las células eran “cerradas”, formando un bucle sobre el canal del filamento para conectar hacia abajo con la superficie del sol.

NASA/STEREO/SDO/NRL

Las imágenes superiores muestran las células de la corona, vistas desde arriba por la sonda STEREO-B (a la izquierda) y SDO (a la derecha). Las imágenes inferiores muestran la misma región, vistas casi al mismo tiempo desde los lados por las sondas STEREO-B (izquierda) y SDO (derecha).  Sus diámetros son aproximadamente de unos 18.000 kilómetros. Las imágenes inferiores muestran la misma región vista casi simultáneamente desde los lados por STEREO-B (a la izquierda) y SDO (a la derecha). Los puntos de vista de fondo muestran las columnas como si estuvieran inclinadas alejándose de cada observatorio, es la forma en la que se vería un pilar gigante desde un lado. Los puntas de las flechas en blanco y negro marcan los mismos puntos en el Sol vistos desde la sonda STEREO-B y SDO, respectivamente.

La naturaleza de estos campos magnéticos, abiertos en los agujeros de la corona y cerrados en las células coronales, condujo a otra revelación. En algunas de las películas, un circuito con una gran cantidad de material solar denominado “filamento” entró en erupción desde el canal de filamento adyacente. Las células de la corona, con sus líneas de campo cerradas, desaparecieron y fueron reemplazados por un oscuro agujero coronal con las líneas asociadas de campo abierto.

“A veces las células se habían ido para siempre, y a veces volvían a aparecer exactamente como estaban”, dice Sheeley. “Así que esto significa que tenemos que averiguar lo que está soplando las velas de la tarta de cumpleaños y volviéndolas a encender. Es posible que esta estructura de célula coronal sea la misma estructura que existe dentro de los agujeros de la corona, que son visibles para nosotros cuando los campos magnéticos son cerrados, y no lo son cuando los campos magnéticos son abiertos”.

Desde hace tiempo se sabe que de forma intermitente se producen columnas aisladas dentro de los agujeros coronales cuando estallan las regiones activas muy pequeñas. Presumiblemente, estas erupciones están ofreciendo destellos de discretas estructuras coronales similares a las velas de un modo que resulten visibles de forma más permanente junto a los agujeros. Cuando parte de un agujero se cierra, la estructura de tipo vela se ilumina de repente con la aparición de células.

Además de SDO y STEREO, el equipo volvió a los datos históricos de la ESA y del Observatorio Solar y Heliosférico de la NASA (SOHO), que ha proporcionado las observaciones desde el anterior mínimo de manchas solares en 1996. No se encontraron células coronales en 1996 o en los años en torno al reciente mínimo de manchas solares del período 2008-2009, pero se encontraron numerosos ejemplos de células en los años cercanos al máximo de manchas solares del año 2000. El reciente aumento de actividad de las manchas solares, junto con las  observaciones de STEREO y SDO, pueden explicar por qué las células fueron descubiertas en 2011.

El equipo también produjo imágenes Doppler (que muestran dónde el material solar se mueve hacia el observador y con qué rapidez) de las células coronales utilizando el Espectrómetro de Imagen Ultravioleta Extrema-(EIA) en la nave espacial japonesa Hinode. Estas imágenes muestran que los centros de las células se mueven hacia arriba más rápido que sus fronteras, completando así la imagen física de estas velas gigantes, que muestran una sección que se eleva hacia el centro.

“Una de las cosas maravillosas acerca de SDO es la forma en que las observaciones se pueden combinar con otros instrumentos”, dice Dean Pesnell, científico del proyecto SDO en la NASA Goddard Space Flight Center en Greenbelt, Md. “La combinación de datos de SDO, STEREO, SOHO e Hinode nos permite pintar un cuadro completo del Sol de una forma que no se puede hacer con un único instrumento”.

El descubrimiento de las células de la corona ha aumentado nuestro conocimiento de la estructura magnética de la corona solar. En el futuro, los estudios sobre la evolución de las células de la corona pueden mejorar la comprensión científica de los cambios magnéticos en los límites de los agujeros coronales, sus efectos en el viento solar, y en el clima del espacio que rodea a la Tierra.

Noticia original: SDO and STEREO Spot Something New On the Sun.