Hay un profundo misterio dentro de nuestro Sol. Mientras que la temperatura de la superficie del Sol mide unos 10.000 grados Fahrenheit, su atmósfera exterior, conocida como corona solar, mide 2 millones de grados Fahrenheit, unas 200 veces más caliente. Este aumento de temperatura lejos del Sol es desconcertante y ha sido un misterio sin resolver desde 1939, cuando se identificó por primera vez la alta temperatura de la corona. En las décadas siguientes, los científicos han intentado determinar el mecanismo que podría provocar este calentamiento inesperado, pero hasta ahora no lo han conseguido.
Ahora, un equipo dirigido por el investigador Sayak Bose en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía del USD (DOE) ha logrado un avance significativo en la comprensión del proceso de calentamiento subyacente. Sus recientes hallazgos muestran que las ondas de plasma reflejadas pueden calentar los agujeros coronales, que son regiones de baja densidad de la corona solar con líneas de campo magnético abiertas que se extienden hacia el espacio interestelar. Estos resultados representan avances importantes hacia la resolución de una de las cuestiones más misteriosas sobre nuestra estrella más cercana.
“Los científicos sabían que los agujeros coronales tienen altas temperaturas, pero no se entendía bien el mecanismo subyacente responsable del calentamiento”, dijo Bose, autor principal del informe sobre los hallazgos del estudio. Diario astrofísico. “Nuestros hallazgos revelan que la reflexión de las ondas de plasma puede funcionar. Este es el primer experimento de laboratorio que demuestra que las ondas de Alfvén se reflejan en condiciones relevantes para los agujeros coronales”.
Predichas por primera vez por el físico sueco y premio Nobel Hannes Alfvén, las ondas que llevan su nombre se parecen a las vibraciones de las cuerdas de una guitarra pulsadas, pero en este caso, las ondas de plasma son causadas por campos magnéticos oscilantes.
Bose y otros miembros del equipo utilizaron una columna de plasma de 20 metros de altura en el Large Plasma Device (LAPD) de la Universidad de California-Los Ángeles (UCLA) para excitar ondas de Alfvén en condiciones que se producirían alrededor de los agujeros coronales. El experimento demostró que cuando las ondas de Alfvén encuentran regiones de densidad de plasma e intensidad de campo magnético variables, como ocurre en la atmósfera solar alrededor de los agujeros coronales, pueden reflejarse y viajar de regreso a su fuente. La colisión de ondas que se mueven hacia afuera y reflejadas crea turbulencia, que a su vez genera calor.
“Los físicos han especulado durante mucho tiempo que la reflexión de la onda de Alfvén podría ayudar a explicar el calentamiento de los agujeros coronales, pero esto ha sido imposible de verificar o medir directamente en el laboratorio”, dijo Jason Tenberg, investigador visitante en PPPL, quien también contribuyó. Investigación “Este trabajo proporciona la primera verificación experimental de que la reflexión de la onda de Alfvén no sólo es posible, sino que la cantidad de energía reflejada es suficiente para calentar el agujero coronal”.
Además de realizar experimentos de laboratorio, el equipo realizó simulaciones por computadora del experimento, que respaldan la reflexión de las ondas de Alfvén en condiciones similares a las de un agujero coronal. “Rutinariamente realizamos múltiples controles para garantizar la precisión de nuestros resultados observados”, dijo Bose, y realizar simulaciones fue uno de esos pasos. ¡La física de la reflexión de las ondas de Alfvén es muy fascinante y compleja! Es sorprendente cómo los experimentos y simulaciones de laboratorio de física profundamente fundamental pueden mejorar significativamente nuestra comprensión de los sistemas naturales como nuestro Sol”.
Entre los colaboradores se encontraban científicos de la Universidad de Princeton; Universidad de California-Los Ángeles; y la Universidad de Columbia. La investigación fue financiada por el DOE bajo los contratos DE-AC0209CH11466 y DE-SC0021261, así como por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) bajo el número de subvención 2209471. El experimento se realizó en la Instalación Científica Básica del Plasma, una instalación colaborativa para usuarios. Es parte del Programa de Ciencias de la Energía de Fusión de la Oficina de Ciencias del DOE y está financiado por el contrato DE-FC02-07ER54918 del DOE y NSF bajo el contrato NSF-PHY 1036140.