Los científicos han desarrollado un método innovador para medir la opacidad de la radiación solar en condiciones extremas mediante heliosismología. Este enfoque innovador, publicado en Nature Communications, no sólo pone de relieve las lagunas en nuestra comprensión de la física atómica, sino que también confirma hallazgos experimentales recientes. Estos avances aportan nuevas e interesantes posibilidades para la astrofísica y la física nuclear.

El EIT (Telescopio de imágenes ultravioleta extrema) de SOHO toma imágenes de la atmósfera solar en una variedad de longitudes de onda, por lo que puede mostrar material solar a diferentes temperaturas. En la imagen de 304 Angstroms, el material brillante tiene una temperatura entre 60.000 y 80.000 K. En la imagen tomada a 171 Angstroms, el brillo es de 1 millón de Kelvin. Una imagen de 195 Angstroms corresponde aproximadamente a 1,5 millones de Kelvin. Cuanto mayor es la temperatura, más alta es en la atmósfera solar. Fuente: Alianza de Instrumentos SOHO

Sondeando el interior del sol mediante ondas sonoras

La heliosismología es el estudio de las oscilaciones sónicas del sol, que permite a los científicos explorar la estructura interior de las estrellas con gran precisión. Al analizar estas ondas sonoras, los investigadores pueden determinar propiedades clave del plasma solar, incluida su densidad, temperatura y composición química. Estos conocimientos son fundamentales para comprender cómo funciona y evoluciona el Sol con el tiempo. Básicamente, este enfoque convierte al Sol en un laboratorio de astrofísica natural, proporcionando datos importantes para perfeccionar los modelos estelares y profundizar nuestra comprensión de la formación y evolución de las estrellas en todo el universo.

Diagrama de anatomía del sol. Fuente de la imagen: ESA

Nueva comprensión de la opacidad de la radiación solar

En un estudio internacional reciente dirigido por Gaël Buldgen de la Universidad de Lieja, los científicos aplicaron técnicas heliosísmicas para medir de forma independiente cómo el plasma profundo del sol absorbe radiación de alta energía. Esta innovadora investigación proporciona nuevos conocimientos sobre la opacidad de la radiación solar, un factor clave para comprender cómo interactúan la materia y la radiación en las condiciones extremas del núcleo solar.

Los hallazgos son consistentes con observaciones de instituciones de renombre como los Laboratorios Nacionales Sandia y la investigación en curso en el Laboratorio Nacional Livermore, al tiempo que resaltan lagunas en nuestra comprensión de la física atómica. En particular, el estudio reveló diferencias en las predicciones teóricas realizadas por equipos del Laboratorio Nacional de Los Álamos, la Universidad Estatal de Ohio y el Centro de Investigación CEA Saclay en París, Francia, lo que subraya la necesidad de realizar más investigaciones.

La misión Platón de la ESA, Tránsitos PLAnetarios y Oscilaciones de Estrellas, utilizará sus 26 cámaras para estudiar exoplanetas en órbita dentro de la zona habitable de estrellas similares al Sol. La misión descubrirá los tamaños de los exoplanetas y descubrirá las nubes de gas exteriores y los anillos que los rodean. Platón también determinará las características de su estrella anfitriona estudiando pequeñas variaciones en la luz estelar que recibe. Fuente de la imagen: ESA

Precisión de modelado estelar sin precedentes

El equipo de investigación aprovechó la experiencia de la ULiège en heliosismología y modelado estelar y utilizó herramientas numéricas avanzadas desarrolladas en la escuela. Gaël Buldgen explica: "Al detectar las ondas sonoras solares con una precisión incomparable, podemos reconstruir las propiedades internas de las estrellas, del mismo modo que inferimos las propiedades de un instrumento musical a partir del sonido que emite".

La precisión de las mediciones heliosísmicas es extraordinaria: nos permiten estimar la masa de un centímetro cúbico de material dentro del Sol con una precisión que excede la de una báscula de cocina de alta precisión, sin siquiera ver ni tocar el material. La ciencia de la actividad solar se desarrolló a finales del siglo XX y jugó un papel importante en el avance de la física fundamental. En particular, ha contribuido a importantes descubrimientos, como las oscilaciones de neutrinos, que fueron reconocidos con el Premio Nobel de 2015. Estos avances sugieren que el origen de este fenómeno no puede atribuirse a los modelos solares. Sin embargo, con la revisión de 2009 de la composición química del sol (confirmada en 2021), aún será necesario realizar ajustes. Esta revisión creó una crisis para los modelos solares, que ya no eran consistentes con las observaciones heliosísmicas.

Para abordar este desafío, la Universidad de Lieja desarrolló herramientas avanzadas, inicialmente como parte de su trabajo de doctorado y luego enriquecidas a través de colaboraciones internacionales en Birmingham y Ginebra. Estas herramientas permiten reexaminar las condiciones termodinámicas internas del Sol y revisar cuestiones que alguna vez fueron ignoradas por la comunidad científica. Mientras tanto, el trabajo realizado en 2015 por James Bailey de los Laboratorios Nacionales Sandia destacó el papel fundamental de la opacidad de la radiación. Las mediciones experimentales iniciales mostraron diferencias significativas con las predicciones teóricas y fueron recibidas con cierto escepticismo.

La Máquina Z es el generador de rayos X más grande del mundo, ubicado en Albuquerque, Nuevo México. Como parte del Programa de Energía de Pulso en los Laboratorios Nacionales Sandia que comenzó en la década de 1960, la máquina Z concentra energía eléctrica y la convierte en pulsos cortos de enorme energía, que luego se utilizan para producir rayos X y rayos gamma. Fuente: Randy Montoya/Laboratorios Nacionales Sandia

Guiar futuros experimentos e investigaciones.

Las mediciones heliosísmicas actuales proporcionan una valiosa confirmación y permiten especificar en qué regiones de temperatura, densidad y energía deberían centrarse estos experimentos para reproducir mejor las condiciones solares. Además, si bien los experimentos con máquinas Z son extremadamente valiosos, sus costos energéticos y financieros son prohibitivos. Por otro lado, las mediciones helisísmicas ofrecen una opción complementaria económica y al mismo tiempo guían al experimentador hacia la ventana óptima para las mediciones de laboratorio.

La investigación tiene implicaciones mucho más allá del modelado estelar. Mejora la precisión de los modelos teóricos utilizados para estimar las edades y masas de estrellas y exoplanetas, contribuyendo así a nuestra comprensión de la evolución galáctica y las poblaciones estelares.

"El Sol es un importante calibrador de la evolución de nuestra estrella y el laboratorio elegido para descubrir si estamos en el camino correcto. Estos resultados son aún más importantes ahora que nos preparamos para lanzar en 2026 el satélite PLATO, uno de cuyos objetivos es caracterizar con precisión las estrellas de tipo solar para encontrar planetas terrestres habitables. Además, estos resultados tienen resonancia en el contexto de la fusión nuclear, ya que el Sol sigue siendo el único reactor de fusión estable del sistema solar. "Mejorar nuestra comprensión de las condiciones internas del Sol tiene implicaciones directas para la investigación de la energía de fusión, que es una cuestión clave en el desarrollo de soluciones de energía limpia", añadió Gaël Buldgen.

Estos resultados resaltan la necesidad de mejorar los modelos atómicos existentes para tener en cuenta la discrepancia entre las observaciones experimentales y los cálculos teóricos. Estos avances redefinirán nuestra comprensión de la evolución estelar y los procesos físicos que gobiernan la estructura y evolución estelar. Esta investigación confirma la posición de la Universidad de Lieja a la vanguardia de la ciencia astrofísica y demuestra el papel clave de la helioenergética a la hora de desentrañar los misterios del universo.

Compilado de /ScitechDaily