En solo minutos, una llamarada en el Sol puede liberar suficiente energía para alimentar al mundo entero durante 20.000 años. Un proceso explosivo llamado reconexión magnética, desencadena estas erupciones solares y los científicos han pasado el último medio siglo tratando de entender cómo ocurre el proceso.
No es solo una curiosidad científica: una comprensión más completa de la reconexión magnética podría permitir entender mejor la fusión nuclear y optimizar las predicciones de las tormentas de partículas del Sol que pueden afectar a la tecnología que orbita a la Tierra.
Ahora, los científicos de la Magnetospheric Multiscale Mission de la NASA, o MMS, creen que lo han descubierto. Han desarrollado una teoría que explica cómo ocurre el tipo más explosivo de reconexión magnética, llamada reconexión rápida, y por qué ocurre a una velocidad constante. La nueva teoría utiliza un efecto magnético común que se usa en dispositivos domésticos, como por ejemplo los sensores que cronometran los sistemas antibloqueo de los frenos del coche, o los que detectan cuándo está cerrada la tapa de un teléfono móvil.
“Finalmente entendemos qué hace que este tipo de reconexión magnética sea tan rápida”, dijo el autor principal del nuevo estudio, Yi-Hsin Liu, profesor de física en Dartmouth College, en New Hampshire, y subdirector del equipo de teoría y modelado de MMS. “Ahora tenemos una teoría para explicarlo completamente”.
La reconexión magnética es un proceso que ocurre en el plasma, a veces llamado el cuarto estado de la materia. El plasma se forma cuando un gas se ha energizado lo suficiente como para romper sus átomos, dejando una variedad de electrones cargados negativamente e iones cargados positivamente que coexisten uno al lado del otro. Este material energético, similar a un fluido, es extremadamente sensible a los campos magnéticos.
Desde las erupciones en el Sol hasta el espacio cercano a la Tierra y hasta los agujeros negros, los plasmas de todo el universo experimentan una reconexión magnética, que convierte rápidamente la energía magnética en calor y aceleración. Si bien existen varios tipos de reconexión magnética, una variante particularmente desconcertante se conoce como reconexión rápida, que ocurre a un ritmo predecible.
“Sabemos desde hace un tiempo que la reconexión rápida ocurre a un cierto ritmo que parece ser bastante constante”, dijo Barbara Giles, científica del proyecto MMS y científica investigadora en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Pero lo que realmente impulsa ese ritmo ha sido un misterio, hasta ahora”.
La nueva investigación, publicada en un artículo en la revista Nature’s Communications Physics y financiada en parte por la National Science Foundation, explica la velocidad a la que ocurre la reconexión específicamente en plasmas sin colisión, un tipo de plasma cuyas partículas están lo suficientemente dispersas como para que las partículas individuales no choquen entre sí. En la reconexión que sucede en el espacio, la mayor parte del plasma se encuentra en este estado sin colisiones, incluido el plasma en las erupciones solares y en el espacio alrededor de la Tierra.
La nueva teoría muestra cómo y por qué es probable que el efecto Hall (que describe la interacción entre los campos magnéticos y las corrientes eléctricas) acelere la reconexión rápida. El efecto Hall es un fenómeno magnético común que se usa en la tecnología cotidiana, como los sensores de velocidad de las ruedas de los vehículos y las impresoras 3D, donde los sensores miden la velocidad, la proximidad, el posicionamiento o las corrientes eléctricas.
Durante la reconexión magnética rápida, las partículas cargadas en un plasma, iones y electrones, dejan de moverse como grupo. A medida que los iones y los electrones comienzan a moverse por separado, dan lugar al efecto Hall, creando un vacío de energía inestable donde ocurre la reconexión. La presión de los campos magnéticos alrededor del vacío de energía hace que el vacío implosione, lo que libera rápidamente inmensas cantidades de energía a un ritmo predecible.
Créditos: Scientific Visualization Studio de NASA/ Tom Bridgman.
La nueva teoría se probará en los próximos años con el MMS, que utiliza cuatro naves espaciales que vuelan alrededor de la Tierra en una formación piramidal para estudiar la reconexión magnética en plasmas sin colisiones. En este laboratorio espacial único, el MMS puede estudiar la reconexión magnética a una resolución mayor que la que sería posible en la Tierra.
“En última instancia, si podemos entender cómo funciona la reconexión magnética, entonces podemos predecir mejor los eventos que pueden impactarnos en la Tierra, como tormentas geomagnéticas y erupciones solares”, dijo Giles. “Y si podemos entender cómo se inicia la reconexión, también ayudará a la investigación energética porque los investigadores podrían controlar mejor los campos magnéticos en los dispositivos de fusión”.
Edición: R. Castro.