En un estudio publicado en Nature Astronomy, astrónomos del Centro de Investigación Solar-Terrestre del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey (NJIT-CSTR) han realizado observaciones de radio detalladas de un extraordinario espectáculo similar a una aurora, que se produce a 40.000 kilómetros por encima de una zona relativamente oscura y fría del Sol, conocida como mancha solar.

Los investigadores afirman que la novedosa emisión de radio comparte características con las emisiones de radio aurorales que suelen observarse en magnetosferas planetarias como las que rodean la Tierra, Júpiter y Saturno, así como en ciertas estrellas de baja masa.

Según Sijie Yu, autora principal del estudio y científica del NJIT-CSTR, el hallazgo ofrece nuevas perspectivas sobre el origen de estos intensos estallidos de radio solares y abre potencialmente nuevas vías para comprender fenómenos similares en estrellas lejanas con grandes manchas estelares.

Hemos detectado un tipo peculiar de ráfagas de radio polarizadas de larga duración que emanan de una mancha solar y persisten durante más de una semana, explica Yu. No se parece en nada a las típicas ráfagas de radio solares transitorias que suelen durar minutos u horas. Es un descubrimiento apasionante que puede alterar nuestra comprensión de los procesos magnéticos estelares.

Los famosos espectáculos luminosos aurorales visibles en el cielo de las regiones polares de la Tierra, como la Aurora Boreal o la Aurora Austral, se producen cuando las actividades solares perturban la magnetosfera terrestre, lo que facilita la precipitación de partículas cargadas hacia la región polar de la Tierra, donde converge el campo magnético, e interactúan con los átomos de oxígeno y nitrógeno de la alta atmósfera. Al acelerar hacia los polos norte y sur, tales electrones pueden generar intensas emisiones de radio en frecuencias en torno a unos cientos de kHz.

El equipo de Yu afirma que las emisiones de radio solares recién observadas, detectadas en una vasta región de manchas solares que se están formando temporalmente donde los campos magnéticos de la superficie del Sol son particularmente fuertes, difieren de las tormentas de ruido de radio solar conocidas hasta ahora, tanto espectral como temporalmente.

Modelización 3D de la AR NOAA 12529 y de los lugares de emisión ECM asociados | foto Sijie Yu et al.

Nuestro análisis, resuelto espacial, temporal y espacialmente, sugiere que se deben a la emisión máser de electrones y ciclotrones (ECM), en la que intervienen electrones energéticos atrapados en geometrías de campos magnéticos convergentes, explicó Yu. Las zonas más frías e intensamente magnéticas de las manchas solares proporcionan un entorno favorable para que se produzca la emisión ECM, estableciendo paralelismos con los casquetes polares magnéticos de planetas y otras estrellas y proporcionando potencialmente un análogo solar local para estudiar estos fenómenos.

Sin embargo, a diferencia de las auroras terrestres, estas emisiones de auroras de manchas solares se producen a frecuencias que van desde cientos de miles de kHz hasta aproximadamente 1 millón de kHz, un resultado directo de que el campo magnético de la mancha solar es miles de veces más fuerte que el de la Tierra.

Nuestras observaciones revelan que estas ráfagas de radio tampoco están necesariamente ligadas al momento en que se producen las erupciones solares, añadió Rohit Sharma, científico de la Universidad de Ciencias Aplicadas del Noroeste de Suiza (FHNW) y coautor del estudio. En su lugar, la actividad esporádica de llamaradas en regiones activas cercanas parece bombear electrones energéticos a bucles de campo magnético a gran escala anclados en la mancha solar, que luego alimentan la emisión de radio ECM sobre la región.

Se cree que la «aurora de radio de la mancha solar» exhibe una modulación rotacional en sincronía con la rotación solar, produciendo lo que Yu describe como un «efecto de faro cósmico».

A medida que la mancha solar atraviesa el disco solar, crea un haz giratorio de luz de radio, similar a la radioaurora modulada que observamos en las estrellas en rotación, señaló Yu. Dado que esta radioaurora de mancha solar representa la primera detección de este tipo, nuestro siguiente paso consiste en un análisis retrospectivo. Nuestro objetivo es determinar si algunas de las explosiones solares registradas anteriormente podrían ser instancias de esta emisión recién identificada.

Las emisiones de radio solares, aunque más débiles, se asemejan a las emisiones aurorales estelares observadas en el pasado y podrían sugerir que las manchas estelares en estrellas más frías, al igual que las manchas solares, podrían ser las fuentes de ciertos estallidos de radio observados en diversos entornos estelares.

Esta observación es una de las pruebas más claras de emisiones de radio ECM que hemos visto procedentes del Sol. Las características se asemejan a algunas de las observadas en nuestros planetas y otras estrellas lejanas, lo que nos lleva a considerar la posibilidad de que este modelo sea potencialmente aplicable a otras estrellas con manchas estelares, afirma Bin Chen, profesor asociado de Física del NJIT-CSTR y coautor.

El equipo afirma que la última idea, que vincula el comportamiento de nuestro Sol y las actividades magnéticas de otras estrellas, podría tener implicaciones para que los astrofísicos se replanteen sus modelos actuales de actividad magnética estelar.

Estamos empezando a reconstruir el rompecabezas de cómo interactúan las partículas energéticas y los campos magnéticos en un sistema con presencia de manchas estelares de larga duración, no sólo en nuestro propio Sol, sino también en estrellas mucho más allá de nuestro sistema solar, afirma Surajit Mondal, investigador solar del NJIT.

Al comprender estas señales de nuestro propio Sol, podemos interpretar mejor las potentes emisiones del tipo de estrella más común del universo, las enanas M, que pueden revelar conexiones fundamentales en los fenómenos astrofísicos, añadió Dale Gary, profesor distinguido de Física del NJIT-CSTR.

El equipo de investigación -que incluye a los colaboradores Marina Battaglia del FHNW, Tim Bastian del Observatorio Radioastronómico Nacional y Yingjie Luo de la Universidad de Glasgow- utilizó observaciones de espectroscopia dinámica de imágenes de radio de banda ancha del Karl G. Jansky Very Large Array para lograr el descubrimiento.

Fuentes

New Jersey Institute of Technology | Yu, S., Chen, B., Sharma, R. et al. Detection of long-lasting aurora-like radio emission above a sunspot. Nat Astron (2023). doi.org/10.1038/s41550-023-02122-6

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