Por Jennifer Chu La superficie del Sol es un brillante despliegue de manchas solares y llamaradas impulsadas por el campo magnético solar, que se genera internamente a través de un proceso llamado acción de la dinamo. Los astrofísicos han asumido que el campo solar se genera en las profundidades de la estrella. Pero un estudio del MIT encuentra que la actividad del sol puede estar moldeada por un proceso mucho menos profundo. En un artículo publicado en Nature, investigadores del MIT, la Universidad de Edimburgo y otros lugares encuentran que el campo magnético del Sol podría surgir de inestabilidades dentro de las capas más externas del Sol. El equipo generó un modelo preciso de la superficie del Sol y descubrió que cuando simulaban ciertas perturbaciones, o cambios en el flujo de plasma (gas ionizado) dentro del 5 al 10 por ciento superior del Sol, estos cambios en la superficie eran suficientes para generar patrones de campo magnético realistas, con características similares a lo que los astrónomos han observado en el Sol. Por el contrario, sus simulaciones en capas más profundas produjeron una actividad solar menos realista. Los hallazgos sugieren que las manchas solares y las llamaradas podrían ser producto de un campo magnético poco profundo, en lugar de un campo que se origina más profundamente en el Sol, como los científicos habían asumido en gran medida. "Las características que vemos cuando miramos el sol, como la corona que muchas personas vieron durante el reciente eclipse solar, las manchas solares y las erupciones solares, están asociadas con el campo magnético del sol", dice el autor del estudio Keaton Burns, científico investigador del Departamento de Matemáticas del MIT. "Demostramos que las perturbaciones aisladas cerca de la superficie del Sol, lejos de las capas más profundas, pueden crecer con el tiempo para producir potencialmente las estructuras magnéticas que vemos". Si el campo magnético del Sol surge de hecho de sus capas más externas, esto podría dar a los científicos una mejor oportunidad de pronosticar erupciones y tormentas geomagnéticas que tienen el potencial de dañar satélites y sistemas de telecomunicaciones. "Sabemos que la dinamo actúa como un reloj gigante con muchas partes complejas que interactúan", dice el coautor Geoffrey Vasil, investigador de la Universidad de Edimburgo. "Pero no sabemos muchas de las piezas o cómo encajan. Esta nueva idea de cómo comienza la dínamo solar es esencial para entenderla y predecirla". Los coautores del estudio también incluyen a Daniel Lecoanet y Kyle Augustson de la Universidad Northwestern, Jeffrey Oishi del Bates College, Benjamin Brown y Keith Julien de la Universidad de Colorado en Boulder, y Nicholas Brummell de la Universidad de California en Santa Cruz. Zona de flujo El sol es una bola de plasma candente que hierve en su superficie. Esta región de ebullición se llama "zona de convección", donde las capas y columnas de plasma se agitan y fluyen. La zona de convección comprende el tercio superior del radio del Sol y se extiende unos 200.000 kilómetros por debajo de la superficie. "Una de las ideas básicas sobre cómo poner en marcha una dinamo es que se necesita una región en la que haya una gran cantidad de plasma que se mueva más allá de otro plasma, y que el movimiento de cizallamiento convierta la energía cinética en energía magnética", explica Burns. "La gente pensaba que el campo magnético del Sol es creado por los movimientos en el fondo de la zona de convección". Para precisar exactamente dónde se origina el campo magnético del Sol, otros científicos han utilizado grandes simulaciones tridimensionales para tratar de resolver el flujo de plasma a través de las muchas capas del interior del Sol. "Esas simulaciones requieren millones de horas en instalaciones nacionales de supercomputación, pero lo que producen todavía no es tan turbulento como el sol real", dice Burns. En lugar de simular el complejo flujo de plasma a través de todo el cuerpo del Sol, Burns y sus colegas se preguntaron si estudiar la estabilidad del flujo de plasma cerca de la superficie podría ser suficiente para explicar los orígenes del proceso de la dinamo. Para explorar esta idea, el equipo primero utilizó datos del campo de la "heliosismología", donde los científicos utilizan las vibraciones observadas en la superficie del Sol para determinar la estructura promedio y el flujo de plasma debajo de la superficie. "Si grabas un vídeo de un tambor y observas cómo vibra a cámara lenta, puedes averiguar la forma y la rigidez del parche a partir de los modos vibratorios", dice Burns. "Del mismo modo, podemos usar las vibraciones que vemos en la superficie solar para inferir la estructura promedio en el interior". Cebolla solar Para su nuevo estudio, los investigadores recopilaron modelos de la estructura del Sol a partir de observaciones heliosísmicas. "Estos flujos promedio se parecen a una cebolla, con diferentes capas de plasma girando una sobre la otra", explica Burns. "Entonces nos preguntamos: ¿Hay perturbaciones, o pequeños cambios en el flujo de plasma, que podríamos superponer sobre esta estructura promedio, que podrían crecer para causar el campo magnético del sol?" Para buscar tales patrones, el equipo utilizó el Proyecto Dedalus, un marco numérico que Burns desarrolló y que puede simular muchos tipos de flujos de fluidos con alta precisión. El código se ha aplicado a una amplia gama de problemas, desde el modelado de la dinámica dentro de las células individuales hasta las circulaciones oceánicas y atmosféricas. "Mis colaboradores han estado pensando en el problema del magnetismo solar durante años, y las capacidades de Dedalus ahora han llegado al punto en que podríamos abordarlo", dice Burns. El equipo desarrolló algoritmos que incorporaron a Dedalus para encontrar cambios que se refuerzan a sí mismos en los flujos superficiales promedio del sol. El algoritmo descubrió nuevos patrones que podrían crecer y dar lugar a una actividad solar realista. En particular, el equipo encontró patrones que coinciden con las ubicaciones y escalas de tiempo de las manchas solares que han sido observadas por los astrónomos desde Galileo en 1612. Las manchas solares son características transitorias en la superficie del sol que se cree que están formadas por el campo magnético del sol. Estas regiones relativamente más frías aparecen como manchas oscuras en relación con el resto de la superficie candente del sol. Los astrónomos han observado durante mucho tiempo que las manchas solares ocurren en un patrón cíclico, creciendo y retrocediendo cada 11 años, y generalmente gravitando alrededor del ecuador, en lugar de cerca de los polos. En las simulaciones del equipo, encontraron que ciertos cambios en el flujo de plasma, dentro del 5 al 10 por ciento superior de las capas superficiales del Sol, eran suficientes para generar estructuras magnéticas en las mismas regiones. Por el contrario, los cambios en las capas más profundas producen campos solares menos realistas que se concentran cerca de los polos, en lugar de cerca del ecuador. El equipo estaba motivado para observar más de cerca los patrones de flujo cerca de la superficie, ya que las condiciones allí se parecían a los flujos de plasma inestables en sistemas completamente diferentes: los discos de acreción alrededor de los agujeros negros. Los discos de acreción son discos masivos de gas y polvo estelar que giran hacia un agujero negro, impulsados por la "inestabilidad magnetorotacional", que genera turbulencia en el flujo y hace que caiga hacia adentro. Burns y sus colegas sospechaban que un fenómeno similar está en juego en el Sol, y que la inestabilidad magnetorotacional en las capas más externas del Sol podría ser el primer paso para generar el campo magnético del Sol. "Creo que este resultado puede ser controvertido", aventura. "La mayor parte de la comunidad se ha centrado en encontrar la acción de la dinamo en las profundidades del sol. Ahora estamos demostrando que hay un mecanismo diferente que parece coincidir mejor con las observaciones". Burns dice que el equipo continúa estudiando si los nuevos patrones de campo superficial pueden generar manchas solares individuales y el ciclo solar completo de 11 años. "Esto está lejos de ser la última palabra sobre el problema", dice Steven Balbus, profesor de astronomía en la Universidad de Oxford, que no participó en el estudio. "Sin embargo, es una vía nueva y muy prometedora para futuros estudios. Los hallazgos actuales son muy sugerentes y el enfoque es innovador, y no está en línea con la sabiduría recibida actual. Cuando la sabiduría recibida no ha sido muy fructífera durante un período prolongado, se indica algo más creativo, y eso es lo que ofrece esta obra". Esta investigación fue apoyada, en parte, por la NASA.