Un estimado colega nos comparte el presente artículo en el que se comenta que un equipo multiinstitucional de astrofísicos con sede en Boston University (BU), dirigido por la astrofísica Merav Opher, ha hecho un descubrimiento revolucionario en nuestra comprensión de las fuerzas cósmicas que dan forma a la burbuja protectora que rodea nuestro sistema solar, una burbuja que salvaguarda la vida en la Tierra y es conocida por los investigadores espaciales como heliosfera. El artículo lo escribió Kat J. McAlpine, se publicó el 3 de diciembre de 2021 en la sección The Brink del boletín digital de la BU y lo tradujimos nosotros para este espacio. Revisémoslo…
En efecto, los astrofísicos creen que la heliosfera protege a los planetas dentro de nuestro sistema solar de la poderosa radiación que emana de las supernovas, las explosiones finales de las estrellas moribundas en todo el universo. Piensan que la heliosfera se extiende mucho más allá de nuestro sistema solar, pero a pesar del formidable amortiguamiento que contra la radiación cósmica proporciona a las formas de vida de la Tierra, nadie conoce realmente la forma de este gran escudo o, en realidad, su tamaño.
"¿En que medida esta burbuja que nos rodea, producida por el Sol, es relevante e importante para todos nosotros? Pues simplemente, ella nos ayuda a que conservemos la vida. Esto debido a que nos ofrece protección contra los rayos cósmicos galácticos, y su forma puede afectar la forma en que esos rayos ingresan a la heliosfera", dice James Drake, astrofísico de la University of Maryland que colabora con Opher. "Por supuesto, hay muchas teorías sobre la forma en que los rayos cósmicos galácticos pueden entrar y como esta entrada puede verse afectada debido a la estructura de la heliosfera. ¿Tiene arrugas y pliegues y ese tipo de cosas?"
El equipo de Opher ha construido algunas de las simulaciones por computadora más convincentes de la heliosfera basadas en modelos construidos sobre datos observables y astrofísica teórica. En BU, en el Centro de Física Espacial, Opher, profesor de astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias, dirige un Centro de Ciencias DRIVE (Diversity, Realize, Integrate, Venture, Educate) de la NASA que cuenta con el apoyo de 1.3 millones de dólares en fondos de la NASA. Ese equipo, compuesto por expertos que Opher contrató de otras 11 universidades e institutos de investigación, desarrolla modelos predictivos de la heliosfera en un esfuerzo que el equipo llama SHIELD (Solar-wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-scale Dynamics).
Desde que BU'S NASA DRIVE Science Center recibió financiamiento por primera vez en 2019, el equipo SHIELD de Opher ha buscado respuestas a varias preguntas desconcertantes: ¿Cuál es la estructura general de la heliosfera? ¿Cómo evolucionan sus partículas ionizadas y cómo afectan los procesos heliosféricos? ¿Cómo interactúa la heliosfera e influye en el medio interestelar, la materia y la radiación que existe entre las estrellas? ¿Y cómo se filtran los rayos cósmicos o se transportan a través de la heliosfera?
"SHIELD combina teoría, modelado y observaciones para construir modelos completos", dice Opher. "Todos estos diferentes componentes trabajan juntos para ayudar a comprender los acertijos de la heliosfera".
Y ahora, un artículo publicado por Opher y colaboradores en Astrophysical Journal revela que las partículas de hidrógeno neutro que fluyen desde el exterior de nuestro sistema solar probablemente juegan un papel crucial en la forma en que nuestra heliosfera toma forma.
En su último estudio, el equipo de Opher quería entender por qué los chorros heliosféricos (columnas florecientes de energía y materia que son similares a otros tipos de chorros cósmicos que se encuentran en todo el universo) se vuelven inestables. "¿Por qué las estrellas y los agujeros negros, y nuestro propio sol, expulsan chorros inestables?" Opher dice. "Vemos estos chorros proyectándose como columnas irregulares, y [los astrofísicos] se han estado preguntando durante años por qué estas formas presentan inestabilidades".
De manera similar, los modelos SHIELD predicen que la heliosfera, viajando en tándem con nuestro sol y abarcando nuestro sistema solar, no parece ser estable. Otros modelos de la heliosfera desarrollados por otros astrofísicos tienden a representar la heliosfera con una forma similar a la de un cometa, con un chorro, o una "cola", fluyendo detrás a su paso. Por el contrario, el modelo de Opher sugiere que la heliosfera tiene más forma de croissant o incluso de rosquilla.
¿La razón de eso? Partículas de hidrógeno neutro, llamadas así porque tienen cantidades iguales de carga positiva y negativa que no tienen carga en absoluto.
"Vienen a través del sistema solar", dice Opher. Usando un modelo computacional como una receta para probar el efecto de los 'neutrales' en la forma de la heliosfera, ella "sacó un ingrediente del pastel, los neutrales, y notó que los chorros provenientes del sol, dando forma a la heliosfera, se volvían súper estable. Cuando los vuelvo a colocar, las cosas comienzan a doblarse, el eje central comienza a moverse, y eso significa que algo dentro de los chorros heliosféricos se está volviendo muy inestable ".
Teóricamente, una inestabilidad como esa causaría perturbaciones en los vientos solares y los chorros que emanan de nuestro sol, lo que provocaría que la heliosfera se divida, adoptando la forma de un croissant. Aunque los astrofísicos aún no han desarrollado formas de observar la forma real de la heliosfera, el modelo de Opher sugiere que la presencia de neutrales chocando contra nuestro sistema solar haría imposible que la heliosfera fluyera uniformemente como un cometa disparado. Y una cosa es segura: los neutrales definitivamente se están abriendo camino a través del espacio.
Drake, coautor del nuevo estudio, dice que el modelo de Opher "ofrece la primera explicación clara de por qué la forma de la heliosfera se rompe en las áreas norte y sur, lo que podría afectar nuestra comprensión de cómo los rayos cósmicos galácticos entran en la Tierra y en los alrededores. -Ambiente terrestre ". Eso podría afectar la amenaza que la radiación representa para la vida en la Tierra y también para los astronautas en el espacio o los futuros pioneros que intenten viajar a Marte u otros planetas.
"El universo no está tranquilo", dice Opher. "Nuestro modelo de BU no intenta eliminar el caos, lo que me ha permitido identificar la causa [de la inestabilidad de la heliosfera] ... Las partículas de hidrógeno neutro".
Específicamente, la presencia de los neutrales chocando con la heliosfera desencadena un fenómeno bien conocido por los físicos, llamado inestabilidad de Rayleigh-Taylor, que ocurre cuando dos materiales de diferentes densidades chocan, con el material más liviano empujando contra el material más pesado. Es lo que sucede cuando el aceite se suspende sobre el agua y cuando los fluidos o materiales más pesados se suspenden sobre fluidos más livianos. La gravedad juega un papel importante y da lugar a algunas formas tremendamente irregulares. En el caso de los chorros cósmicos, el arrastre entre las partículas de hidrógeno neutro y los iones cargados crea un efecto similar al de la gravedad. Los "dedos" que se ven en la famosa Nebulosa Cabeza de Caballo, por ejemplo, son causados por la inestabilidad de Rayleigh-Taylor.
"Este hallazgo es un avance realmente importante, realmente nos ha encaminado hacia el descubrimiento de por qué nuestro modelo obtiene su distintiva heliosfera en forma de croissant y por qué otros modelos no", dice Opher.
