Recreación artística de ondas atrapadas en la cavidad resonante, entre la superficie de una mancha solar (imagen inferior obtenida con GREGOR Fabry-Pérot Interferometer) y la región de transición (imagen superior, cortesía de NASA/SDO y AIA). / Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)

Las manchas solares son regiones oscuras que a menudo aparecen sobre la superficie del Sol. Están formadas por fuertes concentraciones de campo magnético y pueden exhibir un tamaño comparable al de la Tierra o incluso muy superior. Desde finales de los años 60 se conoce la presencia de oscilaciones en la atmósfera de estas manchas, que se han interpretado como una manifestación de ondas magnéticas.

Después de décadas de debate, se confirma la existencia de una cavidad resonante sobre las manchas solares, donde quedan parcialmente atrapadas las ondas magnéticas y determinadas frecuencias se ven reforzadas

Estas ondas han captado el interés de los científicos, ya que pueden transportar energía desde las capas interiores del Sol hacia las regiones más externas de su atmósfera. Por tanto, se trata de uno de los mecanismos propuestos para explicar las altas temperaturas de las capas externas del Sol, una de las grandes incógnitas de la física solar: ¿por qué la temperatura de la corona solar, aunque esté más lejos de la fuente de calor, es mayor que la de la superficie de nuestra estrella?

Ahora un equipo internacional de investigadores, liderado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha confirmado la existencia de una cavidad resonante sobre las manchas solares. Las ondas se encuentran parcialmente atrapadas en esa región de la atmósfera solar sobre las manchas, dando lugar a la existencia de resonancias.

Estos resultados, publicados recientemente en dos artículos en las revistas Nature Astronomy y The Astrophysical Journal Letters, zanjan el debate de varias décadas sobre la naturaleza de las ondas en las regiones activas del Sol, donde el campo magnético es particularmente fuerte y aparecen con frecuencia las manchas solares.

«El fenómeno es similar al que se produce en el interior de un instrumento musical de viento o en la cuerda de una guitarra: al estar las ondas confinadas en una cavidad, determinadas frecuencias se ven reforzadas”, señala Tobías Felipe, investigador del IAC y principal autor de ambos artículos.

“En el caso del Sol –continúa–, la fuerte variación de la temperatura que existe cerca de su superficie y en una zona conocida como región de transición es lo que produce que las ondas sean reflejadas y queden encerradas en esta cavidad resonante».

Simulaciones en un supercomputador

Para este trabajo se han desarrollado simulaciones numéricas en el superordenador Teide-HPC, una infraestructura gestionada por el Instituto Tecnológico y de Energías Renovables, en Tenerife.

El hallazgo también proporciona una nueva aplicación para poder inferir las propiedades de la atmósfera solar a partir del análisis de sus oscilaciones

«Gracias a las simulaciones, hemos podido evaluar multitud de modelos que nos han permitido identificar cuáles son las mejores medidas observacionales para confirmar la presencia de la cavidad resonante y descartar aquellas cuya interpretación puede ser discutible», explica Christoph Kuckein, investigador del Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam y coautor del estudio.

«Las observaciones en alta resolución tomadas en los telescopios solares del Observatorio del Teide (GREGOR y VTT) también nos permiten ver en detalle las fluctuaciones de la velocidad y la temperatura en varias capas de la atmósfera solar, y los datos concuerdan perfectamente con las predicciones de las simulaciones numéricas», añade Sergio González Manrique, investigador recientemente incorporado al IAC.

Además de esclarecer un enigma que se ha mantenido durante varias décadas, este hallazgo proporciona una nueva aplicación para poder inferir las propiedades de la atmósfera solar a partir del análisis de sus oscilaciones. «Estos trabajos futuros se beneficiarán de los datos obtenidos con la siguiente generación de telescopios solares, como el Telescopio Solar Europeo, que se instalará en La Palma», concluye Felipe.

Referencias:

Tobías Felipe. “Signatures of sunspot oscillations and the case for chromospheric resonances”. Nature Astronomy. DOI: https://www.nature.com/articles/s41550-020-1157-5

Felipe et al. “Chromospheric resonances above sunspots and potential seismological applications”. The Astrophysical Journal Letters. 900, L29. DOI: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abb1a5