Más de 200 millones de horas de ordenador aclaran un misterio sobre el Sol

Una simulación que utilizó mas de 200 millones de horas de ordenador ha aclarado un misterio sobre la corona solar que intrigaba a los astrofísicos desde hace décadas: una "cascada de energía" la recalienta mucho más que la superficie de nuestra estrella.

Investigadores del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) han descubierto un proceso de calentamiento previamente oculto que ayuda a explicar cómo la atmósfera que rodea al Sol, llamada "corona solar", puede ser mucho más caliente que la superficie solar que la emite.

Han llevado a cabo la simulación de turbulencia más grande del mundo de su tipo, construida con más de 200 millones de horas de ordenador, para desentrañar un misterio que ha intrigado a los científicos desde hace décadas.

Este experimento ha obtenido, por primera vez, evidencia indiscutible de un mecanismo predicho teóricamente para un rango no descubierto de cascada de energía turbulenta que ocurre espontáneamente en el Sol.

Influencias magnéticas

En el campo de la magnetohidrodinámica, los físicos estudian la forma en que los fluidos conductores de electricidad, como el plasma presente en la superficie del Sol, se ven influenciados por los campos magnéticos.

“La turbulencia magnetohidrodinámica regula la transferencia de energía de escalas grandes a pequeñas en muchos sistemas astrofísicos, incluida la atmósfera solar”, escriben los autores de este trabajo en un artículo publicado en Science Advances.

Según se explica en este artículo, las simulaciones magnetohidrodinámicas en 3D que produjo el equipo pudieron replicar el mecanismo exacto que da lugar al intenso calor de la corona.

Energía turbulenta

De esta forma pudieron demostrar que la energía turbulenta que se produce a gran escala durante la reconexión magnética se convierte en energía interna a menor escala, lo que facilita su conversión en energía térmica que sobrecalienta la corona.

Chuanfei Dong, físico de PPPL y de la Universidad de Princeton, compara este proceso con lo que pasa cuando añadimos crema al café: las gotas de crema fría se esparcen por todo el café mientras se revuelve, y se disuelven cuando se mezclan con la bebida caliente.

"Del mismo modo, los campos magnéticos forman láminas delgadas de corriente eléctrica que se rompen debido a la reconexión magnética", explica Dong en un comunicado.

Esa reconexión magnética, añade, provoca una especie de "cascada de energía" que se mueve de mayor a menor escala, produciendo un proceso de calentamiento que ocurre en el interior de la corona solar.

Resolviendo acertijos

Este descubrimiento podría ayudar a resolver una variedad de acertijos astrofísicos, aseguran los científicos en su artículo, como la formación de estrellas o el origen de los campos magnéticos a gran escala en el universo.

También podría potenciar la capacidad de predecir eventos climáticos que pueden interrumpir el servicio de telefonía celular y apagar las redes eléctricas en la Tierra.

Asimismo, este hallazgo podría tener implicaciones para la investigación de fusión, tras el reciente anuncio de que se ha logrado la primera ganancia neta de energía de una fusión nuclear en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (NLNL).

El impacto de este hallazgo en los sistemas astrofísicos en una variedad de escalas se puede explorar con naves espaciales y telescopios actuales y futuros, precisan los científicos.

Desempaquetar el proceso de transferencia de energía a través de escalas será crucial para resolver misterios cósmicos clave, concluyen los investigadores.

Referencia

Reconnection-driven energy cascade in magnetohydrodynamic turbulence. Chuanfei Dong et al. Science Advances, 7 Dec 2022, Vol 8, Issue 49. DOI: 10.1126/sciadv.abn7627