Las avalanchas magnéticas impulsan las erupciones solares, según Solar Orbiter

Así como las avalanchas en montañas nevadas comienzan con el movimiento de una pequeña cantidad de nieve, la sonda Solar Orbiter, dirigida por la ESA, ha descubierto que una llamarada solar se desencadena por perturbaciones inicialmente débiles que rápidamente se vuelven más violentas. Este proceso de rápida evolución crea un cielo de gotas de plasma que continúan cayendo incluso después de que la llamarada se apague.

Una instantánea tomada un segundo antes de que se desatara una potente llamarada solar de clase M desde el Sol el 30 de septiembre de 2024, como se vio con un detalle sin precedentes por la misión Solar Orbiter, liderada por la ESA. La imagen es un extracto de un video creado a partir de imágenes del Extreme Ultraviolet Imager (EUI) tomadas cada dos segundos antes de la llamarada solar. Este fotograma captura el momento en que un filamento oscuro de líneas de campo magnético retorcidas, que gotea plasma, se eleva desde la superficie. Captura el desenrollado del filamento, similar a una cuerda, cuando uno de sus extremos (hacia la parte inferior del fotograma) se desprende y sale disparado al espacio. El desenrollado más cercano al extremo conectado se registra a 250 km/s, aumentando a 400 km/s en el punto de desconexión. Se observan chispas brillantes a lo largo del filamento con una impresionante alta resolución, que representan puntos de reconexión, donde las líneas de campo magnético retorcidas se separan y se reconectan, creando una oleada de energía. La secuencia completa de imágenes de alta resolución reveló que, al igual que las avalanchas en montañas nevadas comienzan con el movimiento de una pequeña cantidad de nieve, una erupción solar se desencadena por perturbaciones inicialmente débiles que rápidamente se vuelven más violentas. Este proceso, que evoluciona rápidamente, crea un cielo de gotas de plasma que continúan cayendo incluso después de que la erupción se apague. Solar Orbiter es una misión espacial de colaboración internacional entre la ESA y la NASA. El instrumento EUI está dirigido por el Observatorio Real de Bélgica (ROB). [Descripción de la imagen: Imagen de primer plano de la superficie del Sol, con manchas negras oscuras moteadas y amarillo brillante. Algunos arcos y rayos de luz amarillos dan la impresión de que el Sol está muy activo.] CRÉDITO: ESA y NASA/Solar Orbiter/Equipo EUI

El descubrimiento fue posible gracias a una de las imágenes más detalladas de una gran llamarada solar obtenida por Solar Orbiter , observada durante el acercamiento de la nave espacial al Sol el 30 de septiembre de 2024. Se describe en un artículo publicado hoy en Astronomy & Astrophysics.

Las erupciones solares son potentes explosiones en el Sol. Se producen cuando la energía almacenada en campos magnéticos entrelazados se libera repentinamente mediante un proceso denominado «reconexión ». En cuestión de minutos, las líneas de campo magnético entrecruzadas en dirección opuesta se rompen y se reconectan. Las líneas de campo recién reconectadas pueden calentar y acelerar rápidamente el plasma a millones de grados, e incluso partículas de alta energía, alejándolo del punto de reconexión, lo que podría crear una erupción solar.

Las erupciones más potentes pueden iniciar una cadena de reacciones que conduzcan a tormentas geomagnéticas en la Tierra, quizá provocando apagones de radio, por lo que es tan importante monitorearlas y comprenderlas.

Sin embargo, los detalles de cómo se libera esta enorme cantidad de energía con tanta rapidez aún no se comprenden bien. Este conjunto sin precedentes de nuevas observaciones de Solar Orbiter —realizadas por cuatro instrumentos de la misión que trabajan en conjunto para proporcionar la imagen más completa jamás obtenida de una erupción solar— finalmente ofrece una respuesta convincente.

Las imágenes de alta resolución del Sensor de Imágenes Ultravioleta Extremo (EUI) de Solar Orbiter se enfocaron en estructuras de apenas unos cientos de kilómetros de diámetro en la atmósfera exterior del Sol (su corona ), capturando cambios cada dos segundos. Otros tres instrumentos ( SPICE, STIX y PHI ) analizaron diversas profundidades y regímenes de temperatura, desde la corona hasta la superficie visible del Sol, o fotosfera . Cabe destacar que las observaciones permitieron a los científicos observar la acumulación de eventos que condujeron a la llamarada a lo largo de unos 40 minutos.

“Tuvimos muchísima suerte de presenciar los eventos precursores de esta gran llamarada con tan bello detalle”, afirma Pradeep Chitta, del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar en Gotinga, Alemania, y autor principal del artículo. “Observaciones tan detalladas y de alta cadencia de una llamarada no son posibles siempre debido a las limitadas ventanas de observación y a que datos como estos ocupan mucho espacio en la memoria del ordenador de a bordo de la nave. Realmente estábamos en el lugar y el momento adecuados para captar los detalles más sutiles de esta llamarada”.

Solar Orbiter cuenta con un conjunto de diez instrumentos científicos para estudiar el Sol. Existen dos tipos: in situ y de teledetección. Los instrumentos in situ miden las condiciones alrededor de la nave espacial. Los instrumentos de teledetección miden lo que sucede a grandes distancias. Juntos, ambos conjuntos de datos pueden utilizarse para obtener una imagen más completa de lo que sucede en la corona solar y el viento solar. Crédito: ESA-S. Poletti

Avalancha magnética en acción

Cuando EUI comenzó a observar la región a las 23:06 Hora Universal (UT), unos 40 minutos antes del pico de actividad de las erupciones, ya estaba presente un "filamento" oscuro con forma de arco de campos magnéticos retorcidos y plasma, conectado a una estructura en forma de cruz de líneas de campo magnético que se iluminaban progresivamente  (visible en el video principal de arriba, titulado "Avalancha magnética en acción").

Al ampliar  esta característica (ver el video a continuación, titulado "Acercamiento a la reconexión magnética"), se observa que aparecen nuevas hebras de campo magnético en cada fotograma de la imagen, lo que equivale a cada dos segundos o menos. Cada hebra está magnéticamente contenida y se retuerce como cuerdas.

Luego, como en una avalancha típica, la región se vuelve inestable. Las hebras retorcidas comienzan a romperse y reconectarse, desencadenando rápidamente una cascada de nuevas desestabilizaciones en la zona. Esto crea eventos de reconexión cada vez más fuertes y erupciones de energía, que se observan como un brillo repentino y creciente en las imágenes.

Un brillo particular comienza a las 23:29 UT, seguido por la desconexión del filamento oscuro de un lado, lanzándose al espacio y, al mismo tiempo, desenrollándose violentamente a gran velocidad. Se observan brillantes chispas de reconexión a lo largo del filamento con una impresionante alta resolución mientras la llamarada principal estalla alrededor de las 23:47 UT.

“Estos minutos previos a la erupción son extremadamente importantes, y Solar Orbiter nos brindó una ventana directa al pie de la erupción, donde comenzó este proceso de avalancha”, dice Pradeep. “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”.

Los científicos ya habían propuesto un modelo simple de avalancha para explicar el comportamiento colectivo de cientos de miles de erupciones en el Sol y otras estrellas, pero no estaba claro si una sola gran llamarada podía describirse como una avalancha. Este resultado demuestra precisamente eso: una llamarada no es necesariamente una erupción única y coherente, sino una cascada de eventos de reconexión que interactúan.

Las imágenes de alta resolución de Solar Orbiter revelan el detalle de grano fino del proceso de "avalancha magnética" que condujo a la gran llamarada solar del 30 de septiembre de 2024. Este video se acerca a una configuración enredada en forma de X de líneas de campo magnético conectadas a un filamento solar oscuro (no se ve en esta vista de primer plano, pero visible en el video principal de la llamarada) que finalmente desencadena la llamarada solar. La barra de escala muestra una distancia de 2 Mm (2000 km, aproximadamente una sexta parte del diámetro de la Tierra). El marco de la izquierda muestra las imágenes de alta resolución. El marco de la derecha muestra la secuencia de "diferencia de ejecución", que resalta mejor los cambios en el brillo. Se crea restando una imagen en la secuencia de la siguiente de modo que solo lo que ha cambiado entre los dos marcos se destaca como píxeles más brillantes (una nueva estructura o región que se volvió más brillante) o más oscuros (material que se alejó o se desvaneció). Impresionantemente, las imágenes revelan que nuevas hebras de campo magnético aparecen en cada fotograma de la imagen, equivalente a cada dos segundos o menos. Cada hebra está contenida magnéticamente y se retuerce, como cuerdas. Luego, como una avalancha, la región se vuelve inestable. Las hebras retorcidas comienzan a romperse y reconectarse, desencadenando rápidamente una cascada de nuevas desestabilizaciones en el área. Esto crea eventos de reconexión progresivamente más fuertes y salidas de energía, vistos como un brillo creciente en las imágenes. Solar Orbiter es una misión espacial de colaboración internacional entre la ESA y la NASA. El instrumento EUI está dirigido por el Observatorio Real de Bélgica (ROB). [Descripción de la imagen: Un GIF con dos fotogramas uno al lado del otro. A la izquierda hay un fondo más oscuro con una cruz amarilla que se extiende desde el centro del fotograma. A la derecha hay un fondo amarillo con una cruz oscura que se extiende desde el centro del fotograma. Las cruces son las mismas en ambas imágenes. Una barra de escala indica 2 Mm y una marca de tiempo indica que el evento ocurrió alrededor de las 23:20 hora universal.] CRÉDITO: ESA y NASA/Solar Orbiter/Equipo EUI

Lluvia de gotas de plasma

Por primera vez, y gracias a las mediciones simultáneas de los instrumentos SPICE y STIX de Solar Orbiter, el equipo de Pradeep ha podido explorar en una resolución extremadamente alta cómo la rápida serie de eventos de reconexión deposita energía en la parte más externa de la atmósfera del Sol. 

De particular interés es la emisión de rayos X de alta energía, que indica dónde las partículas aceleradas han depositado su energía. Dado que las partículas aceleradas pueden escapar al espacio interplanetario y representar riesgos de radiación para satélites, astronautas e incluso tecnologías terrestres, comprender cómo ocurre este proceso es esencial para pronosticar  el clima espacial .

En la llamarada del 30 de septiembre, la emisión en ultravioleta y rayos X ya estaba aumentando lentamente cuando SPICE y STIX comenzaron a observar la región. La emisión de rayos X aumentó tan drásticamente durante la propia llamarada, a medida que se intensificaban los eventos de reconexión, que las partículas se aceleraron a velocidades del 40-50 % de la velocidad de la luz, equivalente a unos 431-540 millones de km/h (véase el vídeo a continuación, titulado «Explosión de rayos X de una llamarada solar»). Además, las observaciones mostraron que la energía se transfirió del campo magnético al plasma circundante durante estos eventos de reconexión.

“Observamos formaciones en forma de cinta que se desplazaban a gran velocidad a través de la atmósfera solar, incluso antes del episodio principal de la llamarada”, afirma Pradeep. “Estas corrientes de gotas de plasma en lluvia son señales de la deposición de energía, que se intensifican a medida que la llamarada avanza. Incluso después de que la llamarada disminuye, la lluvia continúa durante un tiempo. Es la primera vez que observamos esto con este nivel de detalle espacial y temporal en la corona solar”.

Tras la fase principal de la llamarada, se observa que la forma original en cruz de las líneas del campo magnético se relaja en las imágenes de EUI, mientras que STIX y SPICE observaron que el plasma comenzaba a enfriarse y la emisión de partículas disminuía hacia niveles normales. Al mismo tiempo, PHI observó la huella de la llamarada (véase el vídeo a continuación, titulado «Huella superficial de una llamarada solar») en la superficie visible del Sol, completando así la imagen tridimensional del evento.

“No esperábamos que el proceso de avalancha pudiera dar lugar a partículas de tan alta energía”, afirma Pradeep. “Aún tenemos mucho que explorar en este proceso, pero para desentrañarlo realmente, se necesitarían imágenes de rayos X de mayor resolución de futuras misiones”.

“Este es uno de los resultados más emocionantes de Solar Orbiter hasta la fecha”, afirma Miho Janvier, cocientífica del proyecto Solar Orbiter de la ESA. “Las observaciones de Solar Orbiter revelan el motor central de una llamarada y resaltan el papel crucial de un mecanismo de liberación de energía magnética similar a una avalancha. Una perspectiva interesante es si este mecanismo ocurre en todas las llamaradas y en otras estrellas en fulguración”.

Este video muestra la evolución de la emisión de rayos X durante la llamarada solar de clase M7.7 registrada por la nave espacial Solar Orbiter dirigida por la ESA en alta resolución el 30 de septiembre de 2024. Los contornos coloreados delinean las regiones de fuente de rayos X detectadas por el Espectrómetro/Telescopio de rayos X (STIX) de Solar Orbiter en los niveles medidos indicados en la clave, superpuestos sobre las imágenes registradas por el Extreme Ultraviolet Imager (EUI) de la misión. EUI obtiene imágenes de plasma a ~1 millón de grados, pero STIX muestrea regiones mucho más calientes, por lo que algunos de los contornos parecen no correlacionarse directamente con las características visibles en las imágenes de EUI. La emisión de rayos X de alta energía se forma en lugares donde las partículas depositan su energía, proporcionando una firma de partículas aceleradas durante los eventos de reconexión magnética que conducen a una llamarada. La emisión en ultravioleta a rayos X ya estaba aumentando lentamente cuando STIX comenzó a observar la región. La emisión de rayos X aumentó tan drásticamente durante la llamarada misma, a medida que aumentaban los eventos de reconexión, que las partículas se aceleraron a velocidades del 40-50% de la velocidad de la luz, equivalente a aproximadamente 431-540 millones de km/h. Además, los instrumentos mostraron un aumento en la transferencia de energía del campo magnético al plasma circundante, a través de estos eventos de reconexión. Después de la fase principal de la llamarada, se ve que la forma original de cruz de las líneas del campo magnético se relaja en las imágenes EUI, mientras que STIX muestra la disminución de la energía hacia niveles "normales". Solar Orbiter es una misión espacial de colaboración internacional entre la ESA y la NASA, operada por la ESA. El instrumento Extreme Ultraviolet Imager (EUI) está dirigido por el Real Observatorio de Bélgica (ROB). El espectrómetro/telescopio de rayos X STIX está dirigido por FHNW, Windisch, Suiza. [Descripción de la imagen: Un GIF que muestra una imagen de primer plano de la superficie del Sol, con manchas negras oscuras moteadas y amarillas brillantes. Los arcos amarillos y los rayos de luz dan la impresión de que el Sol está muy activo. Las líneas de contorno de color azul oscuro, azul claro, verde, amarillo y rojo indican la emisión de rayos X de energía creciente.] CRÉDITO: Equipos de la ESA y la NASA/Solar Orbiter/EUI y STIX

Notas para los editores

Una avalancha magnética como motor central de una erupción solar , de LP Chitta et al., publicado en Astronomy and Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202557253

Solar Orbiter es una misión espacial de colaboración internacional entre la ESA y la NASA, operada por la ESA. El instrumento Extreme Ultraviolet Imager (EUI) está dirigido por el Observatorio Real de Bélgica (ROB). El instrumento Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) está dirigido por el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS), Alemania.  El instrumento Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) es un instrumento de instalaciones de gestión europea, dirigido por el Instituto de Astrofísica Espacial (IAS) en París, Francia. El espectrómetro/telescopio de rayos X STIX está dirigido por el FHNW, Windisch, Suiza.

Publicado en ESA el 21 de enero del 2026, enlace publicación.