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ASTRONOMÍA. Descubren en el Sol oscilaciones de largo período

 

La velocidad este-oeste asociada con el modo de oscilación de propagación retrógrada. Izquierda: observaciones utilizando el instrumento SDO / HMI. Derecha: modelo numérico. Fuente: MPS / ZC Liang

Un equipo de físicos solares dirigido por Laurent Gizon del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) y la Universidad de Göttingen en Alemania ha informado del descubrimiento de oscilaciones globales del Sol con períodos muy largos, comparables a los de 27 días solares de rotación. 

Las oscilaciones se manifiestan en la superficie solar como movimientos giratorios con velocidades del orden de 5 kilómetros por hora. Estos movimientos se midieron analizando 10 años de observaciones del Observatorio de Dinámica Solar (SDO) de la NASAUtilizando modelos informáticos, los científicos han demostrado que las oscilaciones recién descubiertas son modos resonantes y deben su existencia a la rotación diferencial del Sol. 


Observatorio de Dinámica Solar (SDO) de la NASA. Fuente: NASA


Las oscilaciones ayudarán a establecer formas novedosas de sondear el interior del Sol y obtener información sobre la estructura interna y la dinámica de nuestra estrella. Los científicos describen sus hallazgos en la revista Astronomía y Astrofísica.

En la década de 1960 se descubrieron las notas musicales agudas del sol: el sol suena como una campana. Millones de modos de oscilaciones acústicas con períodos cortos, cercanos a los 5 minutos, son excitados por turbulencias convectivas cerca de la  y quedan atrapados en el interior del Sol. Estas oscilaciones de 5 minutos han sido observadas continuamente por telescopios terrestres y observatorios espaciales desde mediados de la década de 1990 y los heliosismólogos las han utilizado con mucho éxito para aprender sobre la estructura interna y la dinámica de nuestra estrella, al igual que los sismólogos aprenden sobre el interior de la Tierra mediante el estudio de los terremotos. 

Uno de los triunfos de la heliosismología es haber mapeado la rotación del Sol en función de la profundidad y la latitud (la rotación diferencial solar).

Además de las oscilaciones de 5 minutos, se predijo que existían oscilaciones de períodos mucho más largos en las estrellas hace más de 40 años, pero no se habían identificado en el Sol hasta ahora. Las oscilaciones de largo período dependen de la rotación del Sol; no son de naturaleza acústica. La detección de las oscilaciones de largo período del Sol requiere mediciones de los movimientos horizontales en la superficie del Sol durante muchos años. Las observaciones continuas del Heliosismic and Magnetic Imager (HMI) a bordo del SDO han sido fundamentales para este propósito.

Las observaciones del Observatorio de Dinámica Solar de la NASA muestran ondas gigantes de material solar viajando por la superficie del Sol. La creación de un modelo de estas ondas ayuda a los científicos a comprender lo que sucede en el interior del Sol. El sonido en el video se genera cambiando la frecuencia de onda al rango audible. Fuente: MPS / L. Gizon y Z.-C. Liang


El equipo observó muchas decenas de modos de , cada uno con su propio período de oscilación y dependencia espacial. Algunos modos de oscilación tienen velocidad máxima en los polos, algunos en latitudes medias y algunos cerca del ecuador. Los modos con velocidad máxima cerca del ecuador son modos de Rossby, ya identificados en 2018. Las oscilaciones de largo período se manifiestan como movimientos de remolino muy lentos en la superficie del Sol con velocidades de aproximadamente 5 kilómetros por hora, aproximadamente la velocidad a la que camina una persona.

Para identificar la naturaleza de estas oscilaciones, el equipo comparó los datos de observación con modelos informáticos.  Para obtener las oscilaciones del , el equipo comenzó con un modelo de la estructura del Sol y la rotación diferencial inferida de la heliosismología. Además, la fuerza de la conducción convectiva en las capas superiores y la amplitud de los movimientos turbulentos se tienen en cuenta en el modelo. Las oscilaciones libres del modelo se encuentran considerando las perturbaciones de pequeña amplitud del modelo solar. Las velocidades correspondientes en la superficie concuerdan bien con las oscilaciones observadas y permitieron al equipo identificar los modos.

La velocidad este-oeste asociada con el modo de oscilación de propagación retrógrada. Izquierda: observaciones utilizando el instrumento SDO / HMI. Derecha: modelo numérico. Fuente: MPS / ZC Liang

Las oscilaciones también son sensibles a las propiedades del interior del Sol: en particular a la fuerza de los movimientos turbulentos y la viscosidad relacionada del medio solar, así como a la fuerza de la conducción convectiva. 
El potencial de diagnóstico de los modos de período largo se realizará plenamente en los próximos años utilizando un nuevo  exaescala  está desarrollando como parte del proyecto WHOLESUN, con el apoyo de una Beca Synergy 2018 del Consejo Europeo de Investigación. 

Más información: Laurent Gizon et al, Solar inertial modes: Observations, identification, and diagnostic promise, Astronomy & Astrophysics (2021) DOI: 10.1051/0004-6361/202141462

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