Las llamaradas o tormentas solares son un fenómeno frecuente de nuestra estrella más cercana y su comportamiento no pasa desapercibido para la humanidad, ya que una descarga magnética poderosa es capaz de afectar desde satélites de comunicaciones hasta equipos electrónicos ubicados en la superficie de la Tierra.

De acuerdo a Mario Riquelme, académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile y autor principal de la investigación, “para que ocurran estas llamaradas solares se requiere de una aceleración violenta, en apenas unos pocos segundos, de los electrones e iones en la atmósfera del Sol, la cual se ha estudiado por varias décadas sin haberse entendido aún su origen”.

Usando simulaciones computacionales de plasmas, los científicos encontraron un mecanismo para acelerar los electrones hasta velocidades ‘relativistas’, “es decir, los electrones en nuestro estudio alcanzan velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz, en el contexto de las llamaradas solares”, explica el también Ph.D en Astrofísica de la Universidad Princeton (Estados Unidos), agregando que la aceleración encontrada se debe a las inestabilidades de los plasmas presentes en las llamaradas solares. “Este estudio permitirá también comprender una serie de fenómenos que involucran la aceleración de partículas en otros contextos astrofísicos como, por ejemplo, las llamaradas que despiden otras estrellas”, indica el académico.

Mario Riquelme, académico del Departamento de Física de la FCFM.

La conexión con la humanidad

Además de sus aplicaciones en astrofísica, Riquelme añade que este trabajo busca contribuir a entender los factores determinantes del clima espacial (la relación entre el Sol, los campos magnéticos y el medio interplanetario), pudiendo por ejemplo aplicarse al fenómeno de aceleración de electrones en los cinturones de radiación de Van Allen en la magnetósfera de la Tierra”. Asimismo, el entendimiento de este tipo de aceleración de partículas ayuda a comprender una serie de experimentos de plasmas en laboratorios, de vital importancia para una variedad de aplicaciones tecnológicas.

El grupo de trabajo planea continuar con sus investigaciones enfocándose en determinar si los iones pueden acelerarse por el mismo mecanismo, y cuáles son los regímenes óptimos para la aceleración de iones y electrones. El estudio tardó dos años en realizarse y en él se utilizaron simulaciones computacionales, principalmente a través del Laboratorio Nacional de Computación de Alto Rendimiento (NLHPC, por su sigla en inglés), que es el supercomputador más potente de Chile y uno de los más poderosos en Sudamérica, y que ha jugado un rol clave en el avance de la ciencia nacional en los últimos años.

El equipo de trabajo estuvo compuesto por el estudiante del magíster en ciencias con mención en Física de la Universidad de Chile, Alvaro Osorio, quien estuvo a cargo de la ejecución de las simulaciones y de un exhaustivo trabajo de análisis e interpretación de datos. También participaron Daniel Verscharen (University College London) y Lorenzo Sironi (Columbia University), quienes colaboraron en la realización e interpretación física de las simulaciones.

Los resultados aparecieron publicados en la revista The Astrophysical Journal con el título “Stochastic Electron Acceleration by Temperature Anisotropy Instabilities Under Solar Flare Plasma Conditions” (“Aceleración Estocástica de Electrones Debido a Inestabilidades por Temperatura Anisotrópica Bajo Condiciones del Plasma de Llamaradas Solares”).