Esta puede ser la primera observación completa de una nanoflare (o pequeña llamarada solar).

Los investigadores pueden haber encontrado las tan buscadas “nanoflares” que se cree que calientan la corona solar a las increíbles temperaturas que alcanza.

Un nuevo estudio publicado en Nature Astronomy marca la primera vez que los investigadores capturan el ciclo de vida completo de una supuesta nanoflare, desde los brillantes orígenes hasta la desaparición total.

Mini llamaradas para un gran rompecabezas

Las nanoflares son pequeñas erupciones en el Sol, una mil millonésima parte del tamaño de las erupciones solares normales. Eugene Parker, del Parker Solar Probe, los predijo por primera vez en 1972 para resolver un gran rompecabezas: el problema del calentamiento coronal.

Es el misterio de cómo la atmósfera exterior del Sol, o corona, se vuelve tan increíblemente caliente. A pesar de estar mucho más lejos del núcleo solar, es millones de grados más caliente que las capas debajo de él.

Casi 50 años después, el problema del calentamiento coronal aún no se ha resuelto. Ha sido difícil confirmar algunas de las diferentes teorías, en parte porque nadie ha visto nunca una nanoflare.

“Son extremadamente difíciles de observar”, dijo Shah Bahauddin, profesor de investigación del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado, Boulder, y autor principal del estudio.

Diminutos y breves, nuestros mejores telescopios hace muy poco que se han vuelto lo suficientemente poderosos como para resolverlos. Y ver un pequeño destello no es suficiente, se necesita mucho para ser considerado un verdadero avistamiento de nanoflare. “Sabemos de manera teórica lo que debemos buscar: qué huella dactilar dejaría una nanoflare”, dijo Bahauddin.

Una nanoflare con cualquier otro nombre

Para decir que se ha observado una nanoflare de calentamiento de corona se deberían marcar, al menos, dos casillas principales.

Primero, como las llamaradas habituales, una nanoflare se enciende por reconexión magnética. Si la erupción que estamos viendo se calienta por algún otro proceso, no es un nanoflare.

La reconexión magnética se activa cuando las líneas del campo magnético se realinean explosivamente. A diferencia de otros mecanismos que calientan las cosas gradualmente, puede coger plasma relativamente frío y calentarlo mucho en un instante.

“Es como juntar dos cubitos de hielo y de repente la temperatura sube a 1000 grados Fahrenheit”, dijo Bahauddin.

Una forma de detectar el calentamiento a través de la reconexión magnética es observar un calor intenso en un entorno mucho más frío.

En segundo lugar, la nanoflare debe calentar la corona, que podría estar a miles de kilómetros por encima de donde estallan. Eso no es trivial: muchas otras erupciones solares solo calientan su entorno inmediato.

“Hay que examinar si la energía de una nanoflare puede disiparse en la corona”, dijo Bahauddin. “Si la energía va a otra parte, eso no resuelve el problema del calentamiento coronal”.

Un hallazgo contradictorio se convierte en una pieza clave del rompecabezas

Cuando Bahauddin comenzó esta investigación como estudiante de doctorado, no estaba pensando en nanoflares en absoluto. En busca de un proyecto, decidió investigar algunos bucles pequeños y brillantes (de aproximadamente 100 km de diámetro; son pequeños en escalas solares) que había notado que parpadeaban en la capa justo debajo de la corona supercaliente.

“Pensé que tal vez los bucles hicieron que la atmósfera circundante fuera un poco más caliente”, dijo. “Nunca pensé que producirían tanta energía como para impulsar el plasma caliente a la corona y calentarlo”.


Un primer plano de una de las iluminaciones de bucle estudiadas en el artículo. Cada cuadro insertado se acerca a la región seleccionada en el cuadro a su izquierda. El cuadro de la derecha del todo es el más ampliado y muestra la posible nanoflare. Créditos: NASA/SDO/IRIS/Shah Bahauddin.

Pero cuando Bahauddin amplió las imágenes tomadas por el Espectrógrafo de Imágenes de la Región de la Interfaz de la NASA (o satélite IRIS, por sus siglas en inglés) descubrió dos sorpresas.

Primero, estos bucles eran increíblemente calientes: millones de grados más calientes que su entorno.

Pero aún más extraño, este calor se distribuyó de una manera inusual, de forma diferente a la mayoría de los otros sistemas físicos.

Si bien el Sol está compuesto principalmente de hidrógeno y helio, también contiene cantidades más pequeñas de cualquier otro elemento. En estos bucles, de alguna manera los elementos más pesados, como el silicio, que tiene 14 protones en su núcleo, eran mucho más calientes y energéticos que los elementos más ligeros, como el oxígeno, que solo tiene ocho.

“Si empuja una pelota que es muy liviana por el suelo, debería rodar más lejos que una pelota pesada”, dijo Bahauddin. “Sin embargo, en nuestro caso, los elementos más pesados ​​se disparaban a unos 100 km por segundo, mientras que los más ligeros estaban casi a cero. Eso fue completamente contradictorio”.

Esta extraña observación les dijo que algo muy específico debía estar sucediendo en estos bucles brillantes.

“Esa fue una gran pista”, dijo Amy Winebarger, física solar del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, y ​​coautora del estudio. “Realmente tenías que empezar a pensar en qué tipo de calentamiento podría afectar al átomo de oxígeno de manera diferente que al átomo de silicio”.

Bahauddin pasó los años siguientes llevando a cabo simulaciones por ordenador, probando diferentes mecanismos de calentamiento. Necesitaba encontrar uno que pudiera coincidir con sus observaciones, incluido el calentamiento de los elementos más pesados en mayor proporción que los más ligeros.

Al final, solo un mecanismo de calentamiento pudo producir el efecto. El calor tuvo que provenir de un evento de reconexión magnética, la misma fuerza impulsora detrás de las erupciones solares.

La clave estaba en las secuelas. A medida que las líneas del campo magnético se retuercen y se vuelven a alinear, crean una breve corriente eléctrica que acelera los iones recién liberados. Bahauddin lo compara con una multitud aterrorizada.

“Es como si todos en una habitación intentaran correr al mismo tiempo. Empiezan a chocar entre sí y se produce un gran lío”, dijo Bahauddin.

Fundamentalmente, cuanto más tiempo pueda seguir moviéndose un ion en un campo eléctrico, más energía gana. Aquí es donde los iones más pesados, como el silicio, tienen una ventaja. “Dado que tienen más impulso, pueden abrirse paso entre la multitud y robar toda la energía disponible”, dijo Bahauddin.

En otras palabras, los iones de silicio más masivos se abrieron paso a través del caos, absorbiendo la energía del campo eléctrico. Los iones de oxígeno, más ligeros, no podían hacer eso: se detuvieron en seco después de cada colisión.

Este mecanismo podría explicar sus resultados, pero aun así, fue una posibilidad remota. Las simulaciones mostraron que este proceso solo sucedió en condiciones bastante específicas.

“Para que esto ocurriera, se necesitaba una temperatura específica y la proporción adecuada de silicio a oxígeno”, dijo Bahauddin. “Así que volvimos a mirar las medidas y vimos que los números coincidían exactamente”. Sorprendentemente, las condiciones del Sol reflejaron sus simulaciones.

Calentando la corona

Hasta ahora, estos bucles brillantes parecían ser pequeñas llamaradas, pero ¿su calor realmente alcanzó la corona?

Bahauddin miró al Observatorio de Dinámica Solar de la NASA (o SDO por sus siglas en inglés), que lleva telescopios afinados para ver el plasma extremadamente caliente que solo se encuentra en la corona. Bahauddin localizó las regiones justo encima de las iluminaciones poco después de que aparecieran.

“Y ahí estaba, solo un retraso de 20 segundos”, dijo Bahauddin. “Vimos el brillo, y luego vimos de repente que la corona se sobrecalentaba a temperaturas de varios millones de grados”, dijo Bahauddin. “SDO nos dio esta información importante: sí, este hecho está aumentando la temperatura, transfiriendo energía a la corona”.

Bahauddin documentó 10 casos de bucles brillantes con efectos similares en la corona. Aun así, duda en llamarlos nanoflares. “Nadie lo sabe realmente porque nadie lo ha visto antes”, dijo Bahauddin. “Es una suposición bien fundamentada, digamos”.

Desde la perspectiva de la teoría que dice que las nanoflares calientan la corona, lo único que queda por hacer es demostrar que estos brillos ocurren con suficiente frecuencia, en todo el Sol, para explicar el calor extremo de la corona. Eso todavía está en progreso. Pero observar estas pequeñas explosiones a medida que calientan la atmósfera solar es un comienzo convincente.

“Hemos demostrado cómo una estructura fría y baja puede suministrar plasma supercaliente a la corona”, dijo Bahauddin. “Eso, para mí, fue lo más bonito”.