Investigadores de la Universidad Normal de Beijing y el Instituto de Energía Atómica de China recrearon en un laboratorio un proceso que podría ocurrir en el plasma solar. El ensayo podría ayudar a responder una pregunta que desconcierta a la astronomía desde hace décadas: por qué la capa más externa del Sol es mucho más caliente que su superficie.
El ensayo mostró cómo la energía de los campos magnéticos puede transformarse en calor dentro del plasma.
La superficie solar visible tiene una temperatura de alrededor de 5.500 ℃. Sin embargo, más arriba se encuentra la corona, una especie de halo de gas muy caliente que rodea a la estrella y puede superar el millón de grados Celsius.
Esa diferencia desafía la lógica cotidiana. Al alejarse de una fuente de calor, como una fogata, lo esperable es que la temperatura baje. En el Sol ocurre lo contrario: la atmósfera exterior es cientos de veces más caliente que la zona que emite la luz que vemos.
El estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, no resuelve por completo ese misterio, pero ofrece una forma de estudiar uno de los mecanismos que podrían aportar ese calor.
El equipo creó una versión diminuta de un fenómeno solar
El grupo científico, que incluye a Wei Sun, del Instituto de Energía Atómica de China, y a Yongli Ping, de la Universidad Normal de Beijing, trabajó en la instalación láser Shenguang-II, situada en Shanghái.
Allí utilizaron cuatro haces de láser dirigidos contra una pequeña lámina de plástico. La superficie de esa lámina no era lisa: tenía ondulaciones muy finas. Los pulsos de luz duraron una milmillonésima de segundo, pero su potencia bastó para convertir parte del material en plasma.
El plasma es un estado de la materia. Se parece a un gas, aunque sus partículas tienen carga eléctrica. Está presente en las estrellas, en los rayos de las tormentas y en algunos artefactos tecnológicos. El Sol está formado principalmente por plasma.
Cuando el material creado en el laboratorio comenzó a expandirse, las pequeñas ondulaciones de la placa crecieron y formaron estructuras alargadas. Los científicos las describieron como figuras similares a dedos o hongos.
Esas irregularidades fueron la clave del experimento. Según las simulaciones realizadas por el equipo, ayudaron a acercar regiones con campos magnéticos orientados en sentidos contrarios.
El plasma se calentó cuando los campos magnéticos se reconectaron
El Sol posee campos magnéticos que atraviesan su plasma. Esos campos pueden almacenar energía, como una banda elástica que se estira. Si cambian de posición y se conectan de otra manera, parte de esa energía puede liberarse de forma rápida.
A ese fenómeno se lo conoce como reconexión magnética. En el laboratorio, los investigadores observaron que las formas generadas por el plasma favorecían el contacto entre campos magnéticos orientados en sentidos contrarios. Cuando esos campos se reconectaron, liberaron parte de la energía que almacenaban y elevaron la temperatura de las partículas presentes en el material.
Para comprobarlo, analizaron los rayos X emitidos durante el ensayo. Con la lámina ondulada, los electrones del plasma alcanzaron unos 820.000 ℃.
Los electrones son partículas diminutas con carga negativa. Su temperatura permite calcular cuánto se calentó el plasma durante el experimento.
Luego, el grupo repitió la prueba con una lámina de plástico lisa. Sin las ondulaciones, el plasma se expandió de manera más uniforme y no formó las estructuras alargadas. La temperatura máxima medida fue aproximadamente la mitad de la registrada en el primer caso.
Los investigadores también hicieron una simulación informática sin campos magnéticos. En ese escenario, el calentamiento adicional casi desapareció. La comparación apuntó a la reconexión magnética como responsable de buena parte de la diferencia.
Las explosiones más pequeñas del Sol podrían acumular calor
Los especialistas consideran que el calentamiento de la corona no depende necesariamente de una sola erupción gigantesca. Una posibilidad es que se origine en una gran cantidad de explosiones diminutas, conocidas como nanollamaradas solares.
Cada una liberaría una cantidad limitada de energía. Sin embargo, si se producen muchas veces y en distintas partes de la corona, su efecto acumulado podría mantener la alta temperatura de la atmósfera exterior del Sol.
El experimento de Shanghái examinó un posible comienzo de esas liberaciones. En la estrella podrían darse situaciones similares cuando material más frío y denso cae a través de regiones calientes de la atmósfera. Ese fenómeno, llamado lluvia coronal, puede generar movimientos e irregularidades en el plasma.
Las observaciones directas de procesos tan pequeños son difíciles. Ocurren a grandes distancias, duran poco tiempo y quedan mezclados con otros fenómenos solares. Por eso, los ensayos de laboratorio permiten poner a prueba ideas que luego pueden compararse con las imágenes y mediciones tomadas por satélites y telescopios solares.
El plasma del experimento era mucho más denso que el de la corona solar y todo ocurrió en un intervalo muchísimo más corto que el de una nanollamarada real. Además, el montaje no imitó la acumulación completa de energía magnética que existe en el Sol.
Por esa razón, el estudio no afirmó que haya encontrado una explicación definitiva. Todavía hacen falta nuevas observaciones y pruebas para saber con qué frecuencia ocurre este proceso en la estrella y cuánta energía aporta.
