El secreto oculto de la astronomía que fue develado tras una gran tormenta solar

Las erupciones solares figuran entre los fenómenos más violentos del Sistema Solar. En cuestión de minutos, el Sol libera enormes cantidades de energía acumulada en su campo magnético, emitiendo radiación ultravioleta, rayos X y partículas cargadas que viajan a velocidades extremas.

En algunos casos, estas explosiones impulsan eyecciones de masa coronal, gigantescas nubes de plasma que se expanden por el espacio y, si alcanzan la Tierra, pueden afectar satélites, redes eléctricas y sistemas de comunicación, además de generar preciosas auroras.

A pesar de su impacto potencial, el proceso exacto que da origen a una erupción solar permanecía envuelto en incertidumbre.

Durante décadas, la teoría dominante explicó estos eventos a partir de la reconexión magnética, un fenómeno en el cual las líneas del campo magnético solar se tensan, se rompen y vuelven a conectarse, liberando energía acumulada. La gran pregunta residía en el disparador inicial. ¿Una única ruptura poderosa iniciaba la erupción o el proceso surgía de la suma de muchos eventos pequeños?

Las observaciones de Solar Orbiter, la sonda conjunta de la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) que estudia la Sol, aportaron una respuesta concreta. El 30 de septiembre de 2024, la nave se ubicó a 43,3 millones de kilómetros del Sol y presenció una llamarada de intensidad media con un nivel de detalle sin precedentes.

Gracias a la acción coordinada de cuatro de sus instrumentos científicos, los investigadores observaron cómo una serie de perturbaciones magnéticas diminutas, casi imperceptibles de forma aislada, se encadenaron hasta desencadenar una erupción completa.

Los resultados de las observaciones de Solar Orbiter de la llamarada del 30 de septiembre de 2024 se publicaron recién esta semana en la revista Astronomy & Astrophysics.

El fenómeno recordó al desprendimiento de una avalancha en una montaña, donde una alteración menor basta para poner en movimiento una masa mucho mayor. “Éste es uno de los resultados más emocionantes de Solar Orbiter hasta el momento”.

La frase de los expertos de la NASA sintetizó el entusiasmo del equipo científico al constatar que, por primera vez, se logró seguir paso a paso el nacimiento de una erupción solar.

Miho Janvier, cocientífico del proyecto Solar Orbiter de la ESA, explicó que las observaciones “revelan el motor central de una llamarada y destacan el papel crucial de un mecanismo de liberación de energía magnética similar a una avalancha”.

La clave del descubrimiento residió en la Cámara de Imágenes Ultravioleta Extrema, capaz de registrar cambios en la corona solar con una resolución espacial de apenas cientos de kilómetros y una cadencia temporal inferior a dos segundos.

Durante 40 minutos, el instrumento captó la evolución de un filamento arqueado formado por campos magnéticos entrelazados que transportaban plasma caliente.

Ese filamento se conectaba con una región de intensa actividad magnética en forma de cruz, una configuración inestable que almacenaba grandes cantidades de energía.

A medida que avanzaba la observación, las líneas del campo magnético comenzaron a romperse y reconectarse de manera repetida. Cada evento liberó pequeñas ráfagas de energía que aparecieron como puntos brillantes en las imágenes ultravioletas.

Estas explosiones iniciales marcaron el inicio del proceso en cascada. Una reacción en cadena de reconexiones cada vez más potentes se propagó en el espacio y el tiempo, hasta que el filamento se desprendió de uno de sus puntos de anclaje y se lanzó al espacio, impulsado por la fuerza del viento solar.

“Tuvimos muchísima suerte de presenciar los eventos precursores de esta gran llamarada con tan bello detalle. Realmente estábamos en el lugar y el momento adecuados para captar los detalles de esta llamarada”, señaló Pradeep Chitta, autor principal del estudio e investigador del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar.

Y más tarde, añadió: “Nos sorprendió cómo la gran erupción es impulsada por una serie de eventos de reconexión más pequeños que se propagan rápidamente en el espacio y el tiempo”.

Solar Orbiter y el impacto del modelo de avalancha magnética

El valor del descubrimiento se potenció gracias a la propia misión Solar Orbiter, un proyecto cooperativo entre la Agencia Espacial Europea y la NASA que fue lanzado en febrero de 2020.

Diseñada como el observatorio solar más complejo jamás enviado al espacio, la nave cuenta con diez instrumentos científicos que permiten estudiar el Sol desde múltiples capas de su atmósfera y, por primera vez, observar directamente sus regiones polares.

Este enfoque integral resultó decisivo para confirmar que la avalancha magnética no se limitó a un solo nivel de la atmósfera solar. Otros instrumentos a bordo, como el espectrógrafo SPICE, el telescopio de rayos X STIX y la cámara PHI, midieron la evolución de la erupción desde la corona hasta la fotosfera.

Los datos revelaron ondas masivas de plasma que descendían hacia la superficie solar, alimentadas por la energía liberada en la reconexión magnética.

“Observamos formaciones con forma de cinta que se desplazaban a gran velocidad a través de la atmósfera solar, incluso antes del episodio principal de la llamarada”, describió Chitta.

Y agregó: “Estas corrientes de gotas de plasma que caen son señales de la deposición de energía, que se intensifican a medida que la llamarada progresa. Incluso después de que la llamarada disminuye, la lluvia continúa durante un tiempo”.

Durante el pico de la erupción, los niveles de rayos X se elevaron de forma abrupta y las partículas cargadas alcanzaron entre el 40 y el 50 % de la velocidad de la luz. Tras ese máximo, la región magnética comenzó a relajarse, el plasma se enfrió y la emisión retornó gradualmente a valores normales. Para los investigadores, uno de los aspectos más inesperados fue que una secuencia de eventos débiles pudiera acelerar partículas a energías tan extremas.

El modelo de avalancha magnética ya había sido propuesto para explicar el comportamiento estadístico de cientos de miles de llamaradas observadas en el Sol. Sin embargo, nunca se lo había aplicado con éxito a una erupción individual. La evidencia obtenida por Solar Orbiter demostró que este mecanismo no solo describe una tendencia global, sino que puede operar en un evento concreto y bien definido.

Este resultado abrió nuevas preguntas para la física solar. ¿Todas las erupciones siguen este patrón de avalancha o solo una parte de ellas? David Pontin, de la Universidad de Newcastle, quien formó parte del equipo de análisis, afirmó: “Lo que observamos desafía las teorías existentes sobre la liberación de energía por erupciones”.

Según los científicos, se necesitarán más observaciones de alta resolución para determinar si este comportamiento se repite en otros eventos.

La relevancia del hallazgo trasciende al Sol. Las erupciones aparecen en todas las estrellas, y algunas, como las enanas rojas, producen explosiones mucho más frecuentes e intensas. Comprender el motor que impulsa estos fenómenos en nuestra estrella permite extrapolar modelos a otros sistemas estelares y evaluar su impacto potencial en planetas cercanos.

“Una perspectiva interesante es si este mecanismo ocurre en todas las llamaradas y en otras estrellas en llamaradas”, planteó Janvier.

Más allá de su valor teórico, el descubrimiento también tiene implicancias prácticas. Cuanto mejor se comprenda cómo se inicia una erupción solar, mayor será la capacidad de anticipar eventos capaces de generar tormentas geomagnéticas en la Tierra.

Identificar señales precursoras, como las pequeñas reconexiones iniciales, podría mejorar los sistemas de alerta temprana y reducir los riesgos asociados al clima espacial.

Solar Orbiter fue concebida para responder preguntas fundamentales sobre el funcionamiento del Sol, desde el origen del viento solar hasta el calentamiento extremo de la corona. Al revelar el mecanismo oculto detrás de una erupción solar, la misión dio un paso decisivo hacia ese objetivo.

La imagen de una avalancha magnética, silenciosa al inicio y devastadora al final, ofrece una nueva forma de entender cómo nuestra estrella libera su energía y cómo esos procesos, a millones de kilómetros de distancia, pueden influir directamente en la vida tecnológica de la Tierra.