NASA sondeo de cohetes buscado pequeñas llamaradas solares

Como la mayoría de los cohetes de estudio solar, el segundo vuelo del instrumento FOXSI – abreviatura de óptica de enfoque X-Ray solar Imager – duró 15 minutos, con sólo seis minutos de recolección de datos. Pero en ese corto tiempo, el instrumento de vanguardia encontró la mejor evidencia hasta la fecha de un fenómeno que los científicos han estado buscando durante años: firmas de pequeñas llamaradas solares que podrían ayudar a explicar la misteriosa calefacción extrema de la Atmósfera exterior del Sol.

FOXSI detectó un tipo de luz llamada rayos X duros – cuyas longitudes de onda son mucho más cortas que la luz que los humanos pueden ver – que es una firma de material solar extremadamente caliente, alrededor de 18 millones grados Fahrenheit. Estas clases de temperaturas se producen generalmente en llamaradas solares, ráfagas de gran alcance de la energía. Pero en este caso, no había llamarada solar observable, significando que el material caliente fue producido más probablemente por una serie de llamaradas solares tan pequeñas que eran indetectables desde la Tierra: Nanoflares. Los resultados fueron publicados el 9 de octubre de 2017, en Astronomía de la naturaleza.

"La clave de este resultado es la sensibilidad en las mediciones de rayos X duros", dijo Shin-Nosuke Ishikawa, un Físico Solar en la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, o JAXA, y autor principal en el estudio. "Los instrumentos de rayos x duros anteriores no podían detectar regiones activas y silenciosas, y la combinación de nuevas tecnologías nos permite investigar por primera vez las regiones activas y silenciosas por los rayos x duros".

El instrumento FOXSI financiado por la NASA capturó nuevas evidencias de pequeñas llamaradas solares, llamadas nano llamaradas, durante su vuelo de diciembre de 2014 en un cohete de sondeo suborbital. Las nano llamaradas podrían ayudar a explicar por qué la Atmósfera del Sol, la Corona, es mucho más caliente que la superficie. Aquí, las observaciones de FOXSI de las radiografías duras se muestran en azul, superpuestas sobre una suave imagen de rayos x del Sol de JAXA y el satélite de observación solar Hinode de la NASA.

Créditos: JAXA/NASA/Hinode/FOXSI

Estas observaciones son un paso hacia la comprensión del problema de la Calefacción Coronal, que es cómo los científicos se refieren a la extraordinaria – e inesperadamente – altas temperaturas en la Atmósfera Exterior del Sol, la Corona. La corona es de cientos a miles de veces más caliente que la superficie visible del Sol, la Fotosfera. Debido a que el Sol produce calor en su núcleo, esto va en contra de lo que uno esperaría inicialmente: normalmente la capa más cercana a una fuente de calor, la superficie del Sol, en este caso, tendría una temperatura más alta que la atmósfera más lejana.

"Si usted tiene una estufa y usted toma su mano más lejos, usted no espera sentir más caliente que cuando usted estaba cerca", dijo Lindsay Glesener, Director de proyecto para FOXSI-2 en la Universidad de Minnesota y un autor en el estudio.

La causa de estas temperaturas elevadas contra intuitivas es una pregunta excepcional en la Física Solar. Una posible solución al problema de la calefacción Coronal es la erupción constante de pequeñas llamaradas solares en la Atmósfera Solar, tan pequeñas que no pueden ser detectadas directamente. En conjunto, estas nano llamaradas podrían producir suficiente calor para elevar la temperatura de la Corona a los millones de grados que observamos.

Una de las consecuencias de las nano llamaradas serían los bolsillos de plasma sobrecalentado. El plasma a estas temperaturas emite luz en las radiografías duras, que son notoriamente difíciles de detectar. Por ejemplo, el satélite RHESSI de la NASA – abreviado para el Reuven de Imágenes Espectroscópicas Solares de Alta Energía de Ramaty – lanzado en 2002, utiliza una técnica indirecta para medir los Rayos X duros, limitando la precisión con la que podemos localizar la ubicación del plasma sobrecalentado. Pero con la óptica de vanguardia disponible ahora, FOXSI fue capaz de utilizar una técnica llamada enfoque directo que puede llevar un registro de dónde se originan los Rayos X duros en el Sol.

"Es realmente una manera completamente transformadora de hacer este tipo de medición", dijo Glesener. "Incluso sólo en un experimento de cohetes de sondeo mirando al Sol durante unos seis minutos, teníamos una sensibilidad mucho mejor que una nave espacial con imágenes indirectas".

Las mediciones de FOXSI – junto con otros datos de Rayos X del Observatorio solar de JAXA y NASA Hinode – permiten al equipo decir con certeza que los Rayos X duros procedían de una región específica en el sol que no tenía ninguna llamarada solar detectable más grande, dejando nano llamaradas como el único instigador probable.

"Esta es una prueba de la existencia de este tipo de eventos", dijo Steve Christe, el científico del proyecto para FOXSI en el Centro Goddard de vuelo espacial de la NASA en Greenbelt, Maryland, y un autor en el estudio. "No hay básicamente ninguna otra manera para estos Rayos X que se producen, excepto por el plasma en alrededor de 10 millones grados Celsius [18 millones grados Fahrenheit]." "Esto apunta a que estas pequeñas emisiones de energía que ocurren todo el tiempo, y si existen, deberían contribuir a la calefacción Coronal".

Todavía hay preguntas a ser contestadas, como: ¿Cuánto calor hacen los nano llamaradas realmente lanzan en la Corona?

"Esta observación en particular no nos dice exactamente cuánto contribuye a la calefacción Coronal", dijo Christe. "Para resolver completamente el problema de la calefacción Coronal, tendrían que estar ocurriendo en todas partes, incluso fuera de la región observada aquí."

Con la esperanza de construir una imagen más completa de las nano llamaradas y su contribución a la calefacción Coronal, Glesener está liderando un equipo para lanzar una tercera iteración del instrumento FOXSI en un cohete de sondeo en el verano de 2018. Esta versión de FOXSI usará nuevo hardware para eliminar gran parte del ruido de fondo que el instrumento ve, permitiendo mediciones aún más precisas.

Un equipo dirigido por Cristoe también fue seleccionado para emprender un estudio conceptual desarrollando el instrumento FOXSI para un posible vuelo espacial como parte del programa de exploradores pequeños de la NASA.

FOXSI es una colaboración entre los Estados Unidos y JAXA. La segunda iteración del cohete FOXSI Sounding lanzó desde la gama de misiles White Sands en Nuevo México el 11 de diciembre de 2014. FOXSI es apoyado a través del programa de cohetes de sondeo de la NASA en el centro de vuelos de Goddard Space Flight en las instalaciones de Virginia. La división de Heliofísica de la NASA maneja el programa de cohetes de sondeo.

By Sarah Frazier
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Last Updated: Oct. 13, 2017

Editor: Sara Blumberg

Traducción: El Quelonio Volador