Estas explosivas imágenes del Sol podrían ayudarnos a desvelar misterios ancestrales

El Sol es el corazón de nuestro sistema planetario y, aunque cada día nos parezca el mismo en el cielo, eso no significa que no esté cambiando. Nuestra estrella es una esfera dinámica de plasma caliente pulsante, y actualmente se está acercando al máximo solar, un pico de actividad que se produce aproximadamente cada 11 años.

Gracias al nuevo Telescopio Solar Daniel K. Inouye de Hawái (Estados Unidos), que produce las imágenes de mayor resolución jamás tomadas de la superficie del Sol, los científicos están obteniendo una visión sin precedentes de las turbulentas estructuras de nuestra estrella. Además, dos naves espaciales orbitan más cerca del Sol que nunca. Los detalles vislumbrados por los científicos pueden ayudarnos a comprender el funcionamiento de las estrellas y nos proporcionan las herramientas para entender y, tal vez, incluso predecir las erupciones explosivas, tormentas solares y otras actividades solares que podrían amenazar a la Tierra.

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"A partir de los datos que ya tenemos, hemos abierto muchísimas preguntas nuevas y hemos descubierto fenómenos que ni siquiera sabíamos que existían", afirma el astrofísico Nour Raouafi, de la Universidad Johns Hopkins de Laurel (Maryland; Estados Unidos), científico del proyecto de la Parker Solar Probe de la NASA, una de las naves espaciales que actualmente orbitan alrededor del sol.

El Telescopio Solar Inouye, que comenzó sus operaciones científicas en 2022, puede captar imágenes de características del Sol tan pequeñas como de 20 kilómetros. Las imágenes del telescopio muestran células convectivas que los científicos denominan gránulos, donde el plasma caliente asciende desde abajo y el material más frío desciende, uno de los movimientos que generan una compleja red de campos magnéticos.

Estos campos magnéticos provocan periódicamente erupciones del tamaño de Júpiter y explosiones aún mayores llamadas eyecciones de masa coronal (CME). Las explosiones más grandes envían partículas cargadas a casi la velocidad de la luz, y si esas partículas chocan con la Tierra, pueden afectar al campo magnético de nuestro planeta y crear impresionantes espectáculos de luces auroras. Pero esas mismas partículas también pueden hacer que los satélites se apaguen, distorsionar redes eléctricas e incluso dañar a astronautas en el espacio.

Parker y otra nave espacial, la European Solar Orbiter, están empezando a desenredar los hilos del magnetismo solar, y están aprendiendo cómo las pequeñas llamaradas y explosiones son cruciales para impulsar la actividad solar. Los científicos han descubierto a partir de modelos que algunos de estos campos magnéticos se retuercen, abarcando sólo decenas de metros, y se rompen en cuestión de segundos: pequeños acontecimientos que pueden lanzar enormes cantidades de plasma al espacio.

Gracias a las nuevas imágenes del Sol, los científicos no sólo podrán planificar la protección de nuestros astronautas y aparatos electrónicos frente a cualquier erupción solar dañina, sino que también podrán aprender sobre los misteriosos procesos físicos que impulsan las estrellas de todo el universo.

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Dentro de nuestra estrella

El Sol es la única estrella que los científicos pueden investigar en detalle y la única que pueden ver evolucionar en tiempo real. Al igual que otras estrellas, el Sol es una gigantesca bola de plasma caliente, tan caliente que los átomos de gas no pueden retener sus electrones. Capas de electrones cargados negativamente y partículas cargadas positivamente llamadas iones fluyen, como un líquido, por el interior del sol. Esos flujos de plasma cargado generan los hilos de los campos magnéticos del sol.

El plasma en ebullición se desplaza por el Sol, girando a diferentes velocidades a medida que éste gira. El material más cercano a la superficie también sube y baja, como el líquido que hierve en una cacerola. En la superficie, vemos que esta convección se produce en estructuras que los científicos llaman gránulos, creando un patrón similar a una escama en la superficie, como se ve en las imágenes del Telescopio Solar Inouye.

Las líneas del campo magnético atraviesan la superficie en forma de bucles, retorciéndose y bailando. A veces se cruzan, se retuercen aún más y, como una goma elástica, se rompen con un estallido de plasma y radiación calientes y rápidos. "Se produce una repentina liberación de plasma impulsada por lo que se denomina reconexión magnética", explica el astrofísico solar Yeimy Rivera, del Centro Smithsonian de Astrofísica de Harvard. "Eso ocurre de forma muy explosiva". Las explosiones pueden ser diminutas a escala solar (un poco más grandes que la isla de Sicilia), mientras que otras son enormes eyecciones de masa, más grandes que un planeta.

Por encima de esta superficie agitada se encuentra la atmósfera solar, o corona, donde flota gas caliente difuso. Misteriosamente, esta parte del Sol es más caliente que el material de la superficie, que ronda los 5500 grados Celsius. Cabría esperar que, a medida que uno se aleja de un objeto caliente, las cosas se enfriaran. "Pero eso no ocurre con la corona", explica Raouafi. En cambio, la corona está a millones de grados, y los científicos no saben cómo ni por qué.

La corona fluye hacia el viento solar, que se aleja del Sol a una velocidad de más de 1,5 millones kilómetros por hora hacia los confines del sistema solar. Pero sólo se está empezando a comprender qué es lo que impulsa esta alta velocidad.

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Una mirada más cercana

Las observaciones realizadas con el Solar Orbiter, que lleva orbitando el Sol desde 2020, han detectado numerosos chorros diminutos que estallan en la superficie, resultado de campos magnéticos a pequeña escala que se atrapan, retuercen y rompen. Estos chorros de plasma caliente se canalizan hacia la corona, transportando masa y energía hacia el viento solar, explica el físico solar Lakshmi Pradeep Chitta, del Instituto Max Planck de Investigación del Sistema Solar de Gotinga (Alemania), que ha dirigido un estudio reciente sobre estos chorros.

La sonda Parker Solar Probe, que orbita el Sol desde 2018, también ha detectado el lanzamiento de pequeñas llamaradas tras la rotura de campos magnéticos. El equipo las denomina jetlets [que se podría traducir por chorritos], y contribuyen a energizar el viento solar.

"Esto es totalmente diferente de la imagen que conocíamos desde hace décadas", dice Raouafi, que dirigió un estudio reciente sobre este descubrimiento. El viento solar no se desprende suavemente de la corona, sino que se forma a partir de muchas pequeñas explosiones".

Parker también ha sido testigo de las enormes eyecciones de coronales masivas (ECM) del Sol, que arrojan partículas a altísima velocidad. La nave espacial voló de frente hacia una de estas ECMs el pasado otoño. "Se puede ver la violencia de ese evento", dice Raouafi. La explosión "actuó básicamente como una aspiradora", eliminando cualquier partícula e incluso moléculas de polvo más pesadas.

"A medida que vayamos registrando más y más de estos sucesos, aprenderemos realmente cómo las partículas energéticas llegan casi a la velocidad de la luz", dice Raouafi. "Y eso será un gran avance para nosotros".

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Una máquina magnética

Detrás de los numerosos estallidos y explosiones del Sol están las fuerzas del magnetismo, en constante cambio. "La fuerza que impulsará todo lo que pueda impactar contra la Tierra... está alimentada por el campo magnético del Sol", afirma el físico Paul Charbonneau, de la Universidad de Montreal (Canadá).

Las corrientes eléctricas que fluyen en el interior del Sol son tan complejas que los modelos de los superordenadores no pueden simular lo que ocurre lo suficientemente bien como para ajustarse a las observaciones del mundo real. Pero lo que los investigadores sí saben, gracias a siglos de observaciones documentadas, es que el Sol sigue un ciclo de aproximadamente 11 años, en el que la actividad magnética de nuestra estrella alcanza un mínimo, aumenta hasta un máximo y luego vuelve a descender.

El mínimo más reciente fue en 2019, y se espera que el próximo máximo llegue en 2024 o 2025. A medida que el Sol gira, los campos magnéticos se enrollan alrededor de la esfera y comienzan a moverse. Los investigadores creen que los campos se acumulan en los polos del Sol y que, de algún modo, "al final del ciclo solar, el campo magnético que se acumula cerca de los polos del Sol es arrastrado hacia el interior", explica Charbonneau. Sin embargo, los científicos no saben cómo ocurre, ni siquiera si ocurre, porque ningún telescopio capaz de detectar campos magnéticos ha visto los polos solares. Pero eso está a punto de cambiar.

Solar Orbiter está inclinando lentamente su órbita, de modo que en cuatro o cinco años, dice Chitta, la nave espacial debería tener una vista de los polos norte y sur. "Podremos seguir los campos magnéticos y la estructura del flujo en los polos, lo que añadirá un importante eslabón perdido", afirma Chitta.

A medida que el Sol alcance el máximo solar, los científicos estarán atentos, y lo que vean podría transformar lo que sabemos sobre la estrella de la que depende nuestro planeta.