Recrean en un laboratorio el viento solar y los “eructos” de plasma del sol

Peterson EE, Endrizzi DA, Beidler M, Bunkers KJ, Clark M, Egedal J, et al. A laboratory model for the Parker spiral and magnetized stellar winds. Nature Physics. 2019.

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Nuestro sol es esencialmente una gran bola de plasma caliente – un estado energético de la materia compuesto de gas ionizado. A medida que el sol gira, el plasma también gira. Este movimiento del plasma en el núcleo del sol produce un campo magnético que llena la atmósfera solar. A cierta distancia de la superficie del sol, conocida como la superficie de Alfvén, este campo magnético se debilita y el plasma se desprende del sol, creando el viento solar.

Un nuevo estudio realizado por físicos de la Universidad de Wisconsin-Madison (Estados Unidos) ha imitado los vientos solares en el laboratorio, confirmando cómo se desarrollan y proporcionando un modelo a la Tierra para el futuro estudio de la física solar. Este fenómeno, que afecta a casi todo en el sistema solar, puede interrumpir la función de los satélites de la Tierra y crea las luces de las auroras boreales.

“El viento solar es muy variable, pero hay esencialmente dos tipos: rápido y lento”, explica Ethan Peterson, estudiante de posgrado del departamento de física de la Universidad de Wisconsin en Madison y autor principal del estudio que aparece en la edición en línea del 29 de julio de la revista Nature Physics. “Las misiones satelitales han documentado bastante bien de dónde viene el viento rápido, así que estábamos tratando de estudiar específicamente cómo se genera el viento solar lento y cómo evoluciona a medida que viaja hacia la Tierra”.

Peterson y sus colegas, incluyendo al profesor de física Cary Forest, pueden no tener acceso directo a la gran bola de plasma del sol, pero sí tienen acceso a la siguiente mejor cosa: la Gran Bola Roja.

 

La Big Red Ball es una esfera hueca de tres metros de ancho, con un fuerte imán en su centro y varias sondas en su interior. Los investigadores bombean gas helio, lo ionizan para crear un plasma y luego aplican una corriente eléctrica que, junto con el campo magnético, agita el plasma, creando una imitación casi perfecta del plasma giratorio y los campos electromagnéticos del sol.

Con su mini-sol en su lugar, los investigadores pueden tomar medidas en muchos puntos dentro de la bola, lo que les permite estudiar los fenómenos solares en tres dimensiones.

 

Primero, fueron capaces de recrear la Espiral Parker, un campo magnético que llena todo el sistema solar llamado así por el científico que describió por primera vez su estructura. Debajo de la superficie de Alfvén, el campo magnético irradia directamente desde el Sol. Pero en esa superficie, la dinámica del viento solar toma el control, arrastrando el campo magnético en una espiral.

“Las medidas de los satélites son bastante consistentes con el modelo de Parker Spiral, pero sólo en un punto a la vez, así que no se podría hacer un mapa simultáneo a gran escala como el que podemos hacer en el laboratorio. Nuestras mediciones experimentales confirman la teoría de Parker de cómo es creada por estos flujos de plasma.”

Los investigadores también pudieron identificar la fuente de los “eructos” de plasma del Sol, pequeñas eyecciones periódicas de plasma que alimentan el lento viento solar. Con el plasma girando, sondearon el campo magnético y la velocidad del plasma. Sus datos mapearon una región donde el plasma se movía lo suficientemente rápido y el campo magnético era lo suficientemente débil como para que el plasma pudiera romperse y expulsarse radialmente. “Estas eyecciones son observadas por satélites, pero nadie sabe qué las impulsa”, dice Peterson. “Terminamos viendo eructos muy similares en nuestro experimento, e identificamos cómo se desarrollan.”


Este estudio fue apoyado por la Beca de la División de Heliofísica de Ciencias de la Tierra y del Espacio de la NASA. La instalación de Big Red Ball fue construida con el apoyo de la National Science Foundation y ahora funciona como una Instalación Nacional de Usuarios del Departamento de Energía.

 

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