Plasma láser de laboratorio recrea el calentamiento por nanollamaradas solares
Físicos de China han reproducido en el laboratorio un proceso que podría ayudar a explicar por qué la atmósfera exterior del Sol es cientos de veces más caliente que su superficie: los campos magnéticos de un plasma generado por láser se juntaron y convirtieron la energía magnética en calor.
El trabajo, realizado por un equipo que incluye a Wei Sun, del Instituto de Energía Atómica de China, y a Yongli Ping, de la Universidad Normal de Pekín, se publicó en línea el 20 de octubre en Physical Review Letters.
El enigma de la corona caliente
La superficie visible del Sol ronda los 5500 °C, mientras que su atmósfera exterior, la corona, puede superar el millón de grados Celsius. Los científicos llevan décadas intentando explicar cómo se mantiene tan caliente esta fina capa. Una de las hipótesis son innumerables llamaradas diminutas, llamadas nanollamaradas, que en conjunto podrían aportar el calor. El nuevo experimento pone a prueba un posible detonante de algunas de ellas.
El Sol está lleno de plasma, un estado de la materia formado por partículas cargadas, atravesado por campos magnéticos. Cuando campos de sentido opuesto se encuentran y se reconectan, la energía magnética almacenada se libera y calienta las partículas. Este proceso se denomina reconexión magnética.
Cómo se desarrolló el experimento
En la instalación láser Shenguang-II de Shanghái, los investigadores dispararon cuatro haces láser superpuestos contra un blanco de plástico con la superficie finamente ondulada. Cada pulso duró una milmillonésima de segundo y convirtió material del blanco en plasma. Mientras el plasma se expandía hacia un entorno mucho menos denso y se frenaba, las ondulaciones de su frontera crecieron hasta formar «dedos» y estructuras en forma de seta, un comportamiento conocido como inestabilidad de Rayleigh–Taylor.
El plasma generó sus propios campos magnéticos alrededor de los «dedos», y las estructuras vecinas portaban campos de sentidos opuestos. Las simulaciones por ordenador mostraron que los «dedos» en expansión empujaban estos campos entre sí, de modo que se reconectaban y calentaban el plasma circundante.
Qué mostraron las mediciones
El equipo repitió el experimento con un blanco de plástico plano, que produjo un flujo más suave y sin «dedos». A partir de los rayos X emitidos por el plasma, estimaron la temperatura de sus electrones. Con el blanco ondulado, la temperatura máxima de los electrones alcanzó unos 820 000 °C; con el blanco plano fue aproximadamente la mitad. En una simulación aparte en la que se impidió la formación de campos magnéticos, el calentamiento adicional desapareció en gran medida, lo que respalda el papel de los campos.
En el Sol, podrían darse condiciones similares donde plasma relativamente frío y denso cae a través de la atmósfera circundante, un fenómeno llamado lluvia coronal, creando fronteras en las que puede desarrollarse la inestabilidad.
Límites de la comparación
El plasma de laboratorio era mucho más denso que el de las nanollamaradas solares, y el proceso se desarrolló en una escala de tiempo mucho más corta. Además, el montaje no recreó la acumulación completa de energía magnética del Sol. Los resultados respaldan un mecanismo que podría ayudar a calentar la corona; se necesitan más observaciones y experimentos para establecer con qué frecuencia actúa en el Sol y qué parte del calentamiento aporta. Más en nuestra sección de ciencia.