La sonda Solar Orbiter rastrea el origen de misteriosos bucles magnéticos

La sonda Solar Orbiter , liderada por la Agencia Espacial Europea, ha atravesado una curva en forma de S, conocida como 'switchback', en el campo magnético del viento solar.

Mediante el análisis de las partículas difíciles de detectar dentro de esta curva, Solar Orbiter ha rastreado su origen hasta la superficie del Sol y ha revelado más información sobre el magnetismo solar, el instigador de las peligrosas tormentas solares.

El Sol posee un campo magnético intenso e inestable. Este campo no solo rige la estrella, sino que también es arrastrado hacia afuera a lo largo de las líneas de campo por el viento solar, una corriente de partículas cargadas calientes (plasma) que emana continuamente del Sol hacia el espacio.

Estas líneas pueden retorcerse, romperse o plegarse sobre sí mismas en su recorrido por el Sistema Solar. En conjunto, el viento solar y sus dinámicas líneas de campo generan una fascinante actividad que podemos estudiar para comprender lo que sucede en nuestra estrella y a su alrededor.

En 2022, la ESA informó que la sonda Solar Orbiter había detectado una anomalía en el campo magnético del viento solar conocida como 'switchback'. Si bien los switchbacks se han observado con frecuencia cerca del Sol, los científicos aún debaten sobre su formación.

Al observar desde la distancia, Solar Orbiter ayudó a resolver una parte de este enigma, confirmando que el switchback tiene forma de S: algo que los científicos habían predicho, pero que no habían visto directamente.

La nave espacial ha añadido otra pieza crucial a este rompecabezas al rastrear un giro inesperado que la lleva de vuelta a su origen en el Sol. "El Orbitador Solar atravesó un giro muy pronunciado", afirma Jesse Coburn, del CNRS/LPP (Francia), autor principal del nuevo artículo.

"Gracias a esto, pudimos analizar partículas poco observadas en esa zona que presentan características reveladoras de su origen", añade el investigador.

Para establecer esta conexión, Jesse y sus compañeros utilizaron el instrumento analizador de viento solar (SWA) de la sonda Solar Orbiter para tomar muestras del plasma que formaba el bucle. En ese momento, la Solar Orbiter se encontraba aproximadamente a medio camino entre la Tierra y el Sol.

Encontraron una mezcla de partículas cargadas de oxígeno y carbono que solo pudo haberse formado de una manera: dentro de bucles de campo magnético caliente en la superficie del Sol.

"Existen dos teorías principales que compiten entre sí sobre cómo se forma un bucle de reconexión y, por extensión, el viento solar. La mezcla específica de partículas detectada por Solar Orbiter es la prueba irrefutable de un proceso de formación conocido como 'reconexión por intercambio'", agrega Jesse.

Este tipo de reconexión se produce cuando interactúan partes del Sol con propiedades magnéticas diferentes. En la atmósfera solar, las regiones abiertas presentan líneas de campo que se extienden como autopistas, permitiendo que el material se desplace rápidamente a lo largo de ellas hacia el espacio.

Las regiones cerradas tienen líneas que inicialmente se extienden hacia el espacio antes de curvarse de vuelta al Sol, creando bucles cerrados. Cuando una región abierta interactúa con una cerrada, las líneas pueden agruparse, abrirse bruscamente y reconectarse de diferentes maneras, permitiendo que el plasma que antes estaba atrapado en un bucle escape al espacio.

Esto es lo que sucedió con este cambio de dirección, pero eso no es todo. La teoría alternativa sobre la formación de estos cambios implica procesos relacionados con ondas y turbulencias (el tipo de ondas que, según ha descubierto Solar Orbiter, desempeñan un papel fundamental en el calentamiento y la aceleración del viento solar ).

"Resulta emocionante observar también indicios de esto, pero probablemente solo después de que el movimiento en zigzag se adentre en el espacio", afirma la coautora Stephanie Yardley, de la Universidad de Northumbria, en el Reino Unido.

Una vez que el movimiento en zigzag abandona el Sol, Yardley explica que "las ondas y la turbulencia toman el control y determinan su trayectoria".

En general, parece que ambos procesos -la reconexión por intercambio y las ondas y turbulencias- intervienen en la formación y el desplazamiento espacial de los bucles sinuosos. El hallazgo concilia ambos procesos, demostrando que simplemente operan en distintas etapas de la vida útil de un bucle sinuoso.

DE CURVAS CERRADAS A TORMENTAS

Para realizar el descubrimiento, los investigadores estudiaron observaciones in situ de las partículas del fenómeno de inversión de polaridad realizadas por el instrumento SWA de la sonda Solar Orbiter, analizaron imágenes del disco solar y modelaron los campos magnéticos tanto del Sol como del espacio circundante.

Crearon un nuevo modelo para identificar el origen del plasma; este modelo conectó las mediciones de Solar Orbiter con datos del Observatorio de Dinámica Solar de la NASA para revelar la fuente solar del fenómeno de inversión de polaridad con un nivel de detalle sin precedentes.

Más allá de los cambios bruscos de dirección, este hallazgo revela cómo el Sol calienta su atmósfera y acelera las partículas del viento solar hacia el espacio. Además, demuestra que la atmósfera solar imprime su huella en las partículas que componen este viento, lo que ofrece una posible manera de descifrar la historia del plasma solar incluso lejos del Sol.

"Como seres humanos en la Tierra -y en el espacio- nuestras vidas están intrínsecamente ligadas a lo que sucede en nuestra estrella. El viento solar conecta la Tierra con el Sol, y nuestra comprensión de su dinámica tiene implicaciones clave para proteger nuestro planeta de los fenómenos meteorológicos espaciales extremos", afirma Daniel Müller, científico del proyecto Solar Orbiter de la ESA: "Cuanto más sepamos, mejor podremos prepararnos para las tormentas solares y proteger así nuestra infraestructura y tecnología espaciales".

Este descubrimiento simplemente no habría sido posible sin el Solar Orbiter; ninguna otra nave espacial tiene la proximidad al Sol ni los instrumentos necesarios para establecer esta conexión. "Es un gran ejemplo de cómo la misión cumple con el tipo de investigación científica que sabíamos que podía realizar: conectar el Sol con su entorno y revelar más detalles sobre nuestra estrella", concluye el científico.