Nuestro Sol erupciona regularmente en lenguas de calor y furia tan grandes que nuestro propio planeta quedaría empequeñecido por su tamaño muchas veces. Para comprender mejor cómo funcionan, los investigadores crearon una versión que podría caber dentro de su lonchera.

Usando un aparato que convierte poderosas ráfagas de electricidad en bucles de plasma similares a cuerdas, un equipo de físicos modeló erupciones solares para estudiar los poderosos rayos X y las partículas energéticas que fluyen a través del Sistema Solar.

“Las observaciones solares detectan partículas energéticas y rayos X duros, pero no pueden revelar el mecanismo de generación porque la aceleración de las partículas ocurre a una escala más pequeña que la resolución de la observación. Por lo tanto, los detalles de la física a escala cruzada que explican la generación de partículas energéticas y rayos X duros -los rayos siguen siendo un misterio”, escribe un equipo dirigido por el físico Yang Zhang de Caltech.

“Aquí, presentamos observaciones de un experimento de laboratorio que simula la física del bucle coronal solar”.

El Sol es una bola de plasma altamente dinámica y turbulenta alimentada por fusión nuclear , por lo que no es sorprendente que tenga algunas travesuras. Las poderosas erupciones que expulsan luz y partículas al espacio que las rodea pueden afectar el Sistema Solar a distancias significativas.

Definitivamente experimentamos esos efectos aquí en la Tierra. La magnetosfera y la atmósfera nos protegen de los rayos X duros de alta energía, pero la eyección solar puede interferir con los satélites y las naves espaciales, incluida la tecnología de navegación y comunicación, y puede causar fluctuaciones e interrupciones en la red eléctrica. Entonces, los científicos, naturalmente, quieren saber más sobre cómo el Sol crea y expulsa material en primer lugar.

Pero no hay mucho que podamos deducir al mirar el Sol mismo; hay un límite a la escala de las observaciones que podemos hacer usando la tecnología actual. Para estudiar esos detalles más pequeños, los físicos han recurrido a la siguiente mejor opción: replicar las erupciones solares en un laboratorio.

El físico Paul Bellan de Caltech diseñó un aparato experimental específicamente para generar estructuras conocidas como bucles coronales . Estos son arcos largos y cerrados de plasma viscoso brillante que brota de la fotosfera solar, a lo largo de líneas de campo magnético que sobresalen en la corona solar. Estos a menudo se asocian con una mayor actividad solar, como erupciones y eyecciones de masa coronal.

Este aparato consta de boquillas de gas, electroimanes y electrodos en una cámara de vacío.

Primero, los electroimanes se encienden, generando un campo magnético dentro de la cámara de vacío. Luego, se inyecta gas en la región del electrodo.

Luego se aplica una poderosa descarga eléctrica en escalas de milisegundos a través de los electrodos; esto ioniza el gas, convirtiéndolo en plasma que luego forma un bucle restringido por el campo magnético.

“Cada experimento consume tanta energía como la que se necesita para hacer funcionar una bombilla de 100 vatios durante aproximadamente un minuto, y solo se necesitan un par de minutos para cargar el condensador”, explica Bellan .

Cada bucle dura solo 10 microsegundos y es muy pequeño, alrededor de 20 centímetros (7,9 pulgadas) de largo y un centímetro de diámetro. Pero las cámaras de alta velocidad registran cada momento de la generación y propagación del bucle, lo que permite al equipo de investigación analizar en detalle su formación, estructura y evolución.

Los científicos han aprendido recientemente que los bucles coronales no solo se ven como una cuerda, sino que también están estructurados como tal. El nuevo trabajo ha permitido al equipo descubrir qué papel juega esta estructura en la producción de eyección solar.

“Si diseccionas un trozo de cuerda, ves que está hecho de trenzas de hebras individuales”, dice Zhang . “Separe esos hilos individuales y verá que son trenzas de hilos aún más pequeños, y así sucesivamente. Los bucles de plasma parecen funcionar de la misma manera”.

Y resulta que estos hilos son los responsables de los estallidos de rayos X. Debido a que el plasma es un conductor fuerte, la corriente pasa por los bucles; pero de vez en cuando, la corriente excede la capacidad de un circuito, como demasiada agua corriendo por una manguera.

Cuando esto sucede, las imágenes del equipo muestran que se desarrolla una inestabilidad similar a un sacacorchos en el bucle y los hilos individuales comienzan a romperse, lo que ejerce aún más presión sobre los hilos restantes.

Cuando se rompe un hilo, se produce una ráfaga de rayos X, acompañada de un pico de voltaje negativo, similar a la forma en que cae la presión en una manguera de agua con una torcedura. Esta caída de voltaje acelera las partículas cargadas en el plasma; cuando estas partículas se desaceleran, se emite un estallido de rayos X.

Peinando imágenes de bucles coronales en el Sol, los investigadores identificaron una inestabilidad similar a las observadas en el laboratorio que también estaba asociada con un estallido de rayos X, lo que sugiere que, aunque uno era del tamaño de un plátano y el otro podía engullir cómodamente nuestro todo el planeta – los dos fenómenos se produjeron de la misma manera.

Los estudios futuros del Sol ayudarán a desentrañar aún más este proceso, pero parece consistente con otros estudios que han encontrado cómo romper y reconectar líneas de campo magnético dan como resultado poderosos estallidos de energía . El equipo tiene la intención de seguir estudiando las diferentes formas en que los bucles coronales pueden fusionarse y reconfigurarse para ver qué tipo de estallidos produce esta actividad.