Una fuente solar no convencional

• Título del artículo:  The association of a J-burst with a solar jet
• Autores:  D. E. Morosan et al.
• Institución del primer autor: Escuela de Física, Trinity College Dublin, Irlanda
• Estado del artículo I: Enviado al A&A, acceso abierto
• Astrobito original: An unconventional solar fountain por Amber Hornsby

Figura 1: Partículas cargadas provenientes del Sol interactuando con las partículas magnéticas excitadas de la Tierra en la atmósfera, creando deslumbrantes espectáculos de luz. Esto es, las Auroras. Esta imagen fue tomada en la estación espacial internacional (ISS por sus siglas en inglés). Crédito: NASA

Nuestro estrella local, el Sol, se consiera una estrella activa (magnética). El sol envía corrientes de partículas altamente energéticas regularmente en dirección a nuestro planeta, causando deslumbrantes exhibiciones aurorales en los polos (Figura 1), y en algunas ocasiones observamos emisiones en régimen de radio. En julio de 2013, una explosión inusual y muy brillante de energía fue observada por el Low Frequency Array (LOFAR), con el Sol siendo el posible responsable. El astrobito de hoy ilustrará como los estallidos-J, un tipo no convencional de chorro (jet en inglés) del Sol, difieren de los estallidos comúnmente observados de tipo III. Además de esto, describiremos su posible origen y el mecanismo propuesto para explicar sus extrañas características.

¡Torcerlo!

Figura 2: La torsión de campos magnéticos por la rotación del Sol almacena energía en las líneas de campo (flechas rojas). Cuando las líneas de campo se re-organizan, liberan ráfagas de energía. Crédito: Addison Wesley

Estando hecho de plasma (gas caliente, ionizado) significa que la superficie del Sol experimenta rotación diferencial – el material situado en dirección al ecuador viaja más rápido que el material situado en los polos. Esto conduce a que las líneas del campo magnético apunten de polo a polo. Con el tiempo estas se tuercen, lo cual conduce a campos localizados muy fuertes y es la causa de las regiones oscuras en el Sol conocidas como manchas solares. Generalmente las líneas de campo no requieren ser enredadas, por lo tanto se reorganizan, dando lugar a eventos energéticos solares, tales como: bengalas solares, espículas (o chorros) y eyecciones de masa coronal (CME por sus siglas en inglés). Estos eventos hacen que las partículas se aceleren a lo largo de las líneas de campo a medida que se alejan de la fuente de actividad.

¿Qué explosión?

Las bengalas y los chorros solares están usualmente asociados con la emisión de rayos-X y los estallidos de radio de tipo III, con la diferencia principal de la dirección resultante del electrón mientras se aleja del sol. Los electrones acelerados por el campo magnético re-configurado, pueden viajar a través de la corona, el aura alrededor del Sol solo visible durante un eclipse solar, o hacia abajo, hacia la capa que está justo encima de la superficie (fotósfera) – la cromosfera. En la Figura 3, se pueden observar las diferentes capas del Sol.

Figura 3: Una ilustración artística que diseca las capas internas del Sol. Las regiones de interés en el artículo de hoy son las dos capas externas: la crosmosfera y la corona. Crédito: NASA

Son los electrones que aceleran en dirección a la corona lo que da como resultado los estallidos de tipo III y se indentifican como ráfagas de radiación que varían rápidamente y que duran pocos segundos. Se consideran que son la firma de radio asociada con los electrones que viajan a la través de la corona, en el espacio interplanetario a lo largo de las líneas de campo magnético. Varias ráfagas de tipo III son visibles como ráfagas verticales en el panel superior de la Figura 4. Generalmente la ráfagas tipo III son el resultado de que los electrones se escapen a través de la corona, ya que tienen acceso a las líneas de campos magnéticos abiertas, pero este no es siempre el caso.

Figura 4: Múltiple ráfagas de radio de tipo III observadas por LOFAR en frecuencias en el rango de 10 – 240 MHz. El panel superior es un espectro dinámico. Muestra la intensidad de la señal de una determinada frecuencia (eje vertical) en función de tiempo (eje horizontal). Crédito: Fígura 1 del artículo original.

El estallido peculiar del astrobito de hoy no conteniene ninguna onda de radio por debajo de los 30 megaciclos (panel superior de la Figura 4), por lo tanto, los autores acuñaron este peculiar estallido como estallido-J. Este fue observado usando LOFAR. Para mas detalles mira este astrobite.

¿De dónde proviene?

Ya se sospechaba que era de origen solar, los científicos se dirigieron a un observatorio que ha estado observando el Sol desde 2011 – el Observatorio de Dinámica Solar (SDO por sus siglas en inglés). El SDO es capaz de producir una imagen de alta resolución del Sol cada segundo, por lo que se considera el mejor ojo en el espacio que tenemos actualmente en nuestra estrella local en comparación con los observatorios STEREO y SOHO. El SDO observó un chorro solar en un momento y lugar coincidentes con la ráfaga de la Figura 4. Su evolución en función del tiempo se resalta en la Figura 5 mediante una flecha blanca. El chorro resplandece en el panel (b) pero se ha desvanecido por el panel (d), que duran alrededor de 8 minutos en total.

Figura 5: Evolución del chorro que causó el estallido-J como función del tiempo. Este brilla en los paneles (b) y (c), pero no es visible en (a) y se ha desvanecido por (d). Crédito: Figura 4 del artículo original.

Los científicos continuaron sus investigaciones trazando sus observaciones con LOFAR a diferentes frecuencias en las imágenes por el SDO. Las observaciones se extendieron a frecuencias más altas de 150 y 228 MHz a través del Radioheliógrafo de Nançay (NRH) con sede en Francia. Las frecuencias en función del tiempo cuentan una historia interesante sobre el viaje de algunos electrones.

Figura 6: Los contornos de radio utilizando las observaciones de LOFAR en superposición con las imágenes de SDO resaltan cómo la frecuencia de las ondas de radio observadas evoluciona con el tiempo. Los datos con frecuencias más altas se tomaron utilizando el NRH. Crédito: Figura 2 del artículo original.

¿Qué está pasando?

El estallido-J aparece a las 11:06:24 UT sobre una amplia gama de frecuencias en la Figura 6 (b), incluyendo dos fuentes de LOFAR a 72 y 78 MHz (contornos blancos y amarillos) se asocian con el “jet” destacado (contorno rosa). Las fuentes de 228 y 150 MHz en la parte inferior derecha del Figura 6 (a-d) parecen no estar relacionadas con el estallido-J, ya que dura alrededor de 10s y no tiene derivación en la frecuencia como el estallido-J. La fuente de 150 MHz (contorno azul) visible en la Figura 6 (b) es un componente de la ráfaga J, pero se ha desvanecido en la Figura 6 (c). Los contornos blanco y amarillo se desplazan hacia la derecha desde su ubicación original en la Figura 6 (c), lo que sugiere que estamos tomando muestras de un haz de electrones que se meuve en una dirección diferente.

Las fuentes de radio de 72, 78, 55, 50 y 39 MHz se mueven hacia el sur desde su posición inicial y con frecuencia disminuida. En la Figura 6 (d) sólo permanecen las fuentes de radio de menor frecuencia. La apariencia y el comportamiento de las fuentes sugieren que un haz de electrones inicial fue acelerado para producir la ráfaga en la Figura 6 (b), pero finalmente los electrones alcanzaron una región donde dejaron de producir emisiones de radio, es decir, ya no viajaban hacia arriba a través de la corona y habían sido atrapados en un campo magnético cerrado – esto podría explicar la falta de observaciones por debajo de 30 MHz (ver Figura 4).

Conclusión

Una ráfaga inusual de energía de radio fue observada con frecuencias por encima de 30 MHz, un estallido-J que probablemente fue causado por electrones, que son acelerados por la reconfiguración del campo magnético del Sol, quedando atrapados dentro de un lazo de campo magnético cerrado mientras viajan hacia arriba a través de la corona. Incluso, con un gran número de investigaciones y modelos de chorros solares asociados con la emisión de radio, junto con un sistema de clasificación bien conocido, todavía hay preguntas sin respuestas sobre su mecanismo y el camino seguido por los electrones acelerados en la corona solar. El artículo de hoy ha explorado estos temas y ha llegado a conclusiones interesantes, pero todavía hay mucho trabajo por hacer.

Este descubrimiento destaca la utilidad de la emisión de radio como una herramienta para estudiar el campo magnético del Sol. Así como su efecto sobre las partículas cargadas, pero también hace énfasis en la necesidad de un instrumento con un rango más amplio de frecuencias para observar los eventos solares asociados con las partículas aceleradas. Los autores tuvieron que utilizar una amplia gama de instrumentos para llegar a estas conclusiones, algo que no siempre es posible. Por lo tanto, ellos resaltarón el European Solar Radio Array (ESRA) como una misión muy prometedora para futuras financiaciones.