Un Sol más complejo de lo esperado.

El experimento suborbital CLASP.
FIGURA 1: Visualización de la estructura de temperatura a través de un corte vertical en un modelo tridimensional (3D) de la atmósfera solar resultante de una simulación magneto-hidrodinámica de la cromosfera solar (véase Carlsson et al. 2016; A&A, 585, A4). La curva sólida muestra las alturas (Z) en este modelo de donde provienen los fotones del centro de la línea Lyman-α observada por CLASP (nótese que prácticamente coincide con la región de transición entre la cromosfera y la corona del modelo). La investigación resumida en esta nota de prensa demuestra que en la atmósfera solar la geometría de la región de transición es mucho más compleja. Para más detalles véase Trujillo Bueno and the CLASP team (2018; The Astrophysical Journal Letters, 866, L15).

El experimento suborbital CLASP, motivado por investigaciones teóricas desarrolladas en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha proporcionado observaciones sin precedentes de la polarización de la radiación ultravioleta del Sol. La modelización teórica de estas observaciones pioneras ha revelado que la enigmática región de transición entre la cromosfera y la corona es extremadamente corrugada, con una geometría mucho más compleja que la de los modelos actuales de la atmósfera solar.

El experimento CLASP (Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimeter) fue lanzado el 3 de septiembre de 2015. El instrumento, a bordo de un cohete suborbital de la NASA, midió por primera vez la polarización lineal de la línea más intensa del espectro ultravioleta del Sol, la transición Lyman-α del hidrógeno.

Este experimento internacional (Japón, EEUU y Europa) surgió a raíz de investigaciones teóricas llevadas a cabo en 2011 en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Gracias a las observaciones sin precedentes proporcionadas por CLASP, el equipo científico ha logrado confirmar la mayoría de las predicciones teóricas. No obstante, la señal de polarización observada en el centro de la línea espectral, al contrario de la calculada en los modelos actuales de la atmósfera solar, no aumenta su amplitud a medida que la línea de visión considerada va desde el centro al borde del disco solar. “Esto supuso una sorpresa muy interesante que suscitó gran interés científico, ya que las líneas espectrales del rango visible del espectro solar (que pueden observarse con telescopios terrestres) muestran dicha variación”, comenta Javier Trujillo Bueno, Profesor de Investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas en el IAC y uno de los investigadores principales del CLASP.

FIGURA 2: Negativo de una imagen de alta resolución de la cromosfera solar obtenida
con un instrumento que selecciona la radiación central de una línea cromosférica, la
cual da información sobre la estructura del plasma alrededor de unos 300 kilómetros por
debajo de la región de transición.  Crédito: J. Harvey (NSO; EE. UU.).
La radiación de la línea Lyman-α del hidrógeno contiene información sobre las propiedades físicas en la región de transición, una región enigmática y muy delgada en la que, en apenas 100 km, la temperatura del plasma aumenta abruptamente de diez mil grados en la cromosfera al millón de grados de la corona. Es en estas regiones externas de la atmósfera solar donde tienen lugar los fenómenos explosivos que pueden afectar a la magnetosfera de la Tierra. “La desconcertante ausencia de una clara variación en la amplitud de la señal de polarización desde el centro al borde del disco solar esconde información sobre la geometría de la región de transición”, comenta Jiri Stepan, del Instituto de Astronomía de la Academia de Ciencias de la República Checa y uno de los miembros de CLASP, actualmente de visita de trabajo en el IAC.

El hecho de que las observaciones de CLASP no puedan ser reproducidas por los modelos actuales de la atmósfera solar sugiere que la estructura 3D de la región de transición entre la cromosfera y la corona es mucho más compleja de lo que se pensaba. Para confirmar esta idea, el equipo científico ha llevado a cabo una compleja investigación teórica con el fin de determinar la magnetización y geometría de la región de transición que mejor explicaría los resultados del experimento.

Con la ayuda del superordenador MareNostrum del Centro Nacional de Supercomputación en Barcelona, los investigadores han calculado cuáles serían las señales de polarización esperadas para un gran número de modelos 3D de la atmósfera solar, generados al modificar el grado de magnetización y la complejidad geométrica de la región de transición del modelo 3D de la atmósfera solar visualizado en la Figura 1. 

Dicho estudio ha dado lugar a dos conclusiones importantes, a saber, que la región de transición del modelo 3D que con mayor probabilidad explica las observaciones de CLASP tiene una complejidad geométrica significativamente mayor y un grado de magnetización menor que la del modelo de la Figura 1. El resultado de esta investigación hace evidente la necesidad de desarrollar modelos 3D más realistas de la cromosfera solar, que incluyan fenómenos tales como las espículas, ubicuas en observaciones de alta resolución de la intensidad en el centro de líneas cromosféricas fuertes (véase la Figura 2), pero ausentes en los modelos 3D actuales de la atmósfera solar.

Más información en el artículo publicado en "The Astrophysical Journal Letters":

Trujillo Bueno, J., Stepan, J., Belluzzi, L., et al. 2018, "CLASP Constraints on the Magnetization and Geometrical Complexity of the Chromosphere-Corona Transition Region", The Astrophysical Journal Letters, 866, L15, enlace publicación.

Los Investigadores Principales del Proyecto CLASP son:

Amy Winebarger (NASA Marshall Space Flight Center, NASA/MSFC)
Ryouei Kano (National Astronomical Observatory of Japan, NAOJ)
Frédéric Auchère (Institut d'Astrophysique Spatiale, IAS)
Javier Trujillo Bueno (Instituto de Astrofísica de Canarias, IAC)

Notas de prensa relacionadas:

Contactos en el IAC:
Javier Trujillo Bueno: jtb@iac.es
Andrés Asensio Ramos: aasensio@iac.es
Tanausú del Pino Alemán: tanausu@iac.es

• Publicado en el IAC el 28 de noviembre del 2.018, enlace publicación.