Subvenciones relacionadas:
General
El Sol es una estrella activa magnéticamente cuyas erupciones violentas pueden impactar y deformar la magnetosfera terrestre y causar perturbaciones importantes en instalaciones tecnológicas en tierra y en órbita. The Whole Sun tiene como objetivo central abordar, de forma coherente y por primera vez, cuestiones actuales clave en Física Solar.
Dichas cuestiones afectan tanto al interior del sol como a la atmósfera como un todo. Nuestra estrella, el Sol, es un cuerpo celeste magnéticamente activo; su atmósfera sufre erupciones violentas difíciles de predecir. Las mayores eyecciones, tras atravesar el espacio interplanetario, pueden impactar y deformar la magnetosfera terrestre y causar perturbaciones importantes en instalaciones tecnológicas en tierra y en órbita. La Astrofísica Solar lleva décadas de intensa investigación de los fenómenos físicos que determinan el comportamiento del Sol; sin embargo, preguntas fundamentales como ¿mediante qué proceso se genera el campo magnético en su interior y por qué posee un ciclo de actividad magnética?; ¿cuál es el mecanismo exacto de las grandes erupciones magnéticas en su atmósfera? ¿cómo están interrelacionados el interior y la atmósfera? todavía permanecen sin respuesta satisfactoria. En el proyecto The Whole Sun, nuestro objetivo es abordar estas cuestiones clave que afectan tanto al interior como a la atmósfera como un todo coherente por primera vez.
Hasta ahora, la investigación del Sol se ha hecho estudiando separadamente el interior solar, la baja atmósfera y la corona, sin tener una visión global integrada de la compleja dinámica de plasma que enlaza a esas regiones. Para entender y explicar cuantitativamente lo que está pasando en el interior y atmósfera solar hay que usar conceptos y resultados avanzados de física de fluidos, electromagnetismo, teoría cinética y, para la atmósfera, interacción radiación-materia; hay que aplicar técnicas refinadas de modelado teórico y numérico con supercomputadores masivamente paralelos, y llevar a cabo e interpretar observaciones en las avanzadas instalaciones en tierra y en el espacio de la actualidad. En este proyecto, que reúne a cinco instituciones punteras de física solar en Europa, queremos alcanzar una comprensión más profunda de nuestra estrella relacionando la física del interior y de la atmósfera. Para hacer esto, hay que salvar problemas de solución compleja: consideración simultánea de escalas espaciales y temporales muy dispares, inclusión de microfísica compleja junto a física de continuos y efectos globales, puesta en relación de códigos de ordenador especializados en las diferentes regiones. Nuestro objetivo es abordar estos desafíos desarrollando una profunda comprensión teórica de nuestra estrella y construyendo el código solar de resolución múltiple más avanzado posible en la actualidad.
Miembros
Resultados
Aspectos destacados
Eyecciones en la atmósfera solar
Persisten numerosas cuestiones abiertas en relación con fenómenos clave de eyección en la atmósfera solar, como los coronal jets (chorros coronales), surges (surgencias) y espículas. Hemos abordado diversos aspectos de estos eventos. Por ejemplo, hemos demostrado que las características de las surgencias observadas y de los núcleos (plasmoides) que acompañan a los chorros coronales (así como la presencia de estructuras de doble cámara) se asemejan estrechamente a las predichas por modelos numéricos de chorros (Joshi et al. 2020). Asimismo, hemos caracterizado por primera vez las propiedades cromosféricas y de la región de transición de las surgencias combinando observaciones de alta resolución con técnicas avanzadas como k-means clustering, inversiones y diagnósticos de densidad (Nóbrega-Siverio et al. 2021).
Además, hemos contribuido a la comprensión de la respuesta coronal y de la región de transición a las excursiones cromosféricas rápidas con corrimiento al rojo descendente (Rapid Redshifted Excursions, RREs) recientemente reportadas (Bose et al. 2021), de la estructura fina de los chorros en forma de abanico (Yang et al. 2025), y del inicio y la evolución térmica de los chorros coronales en regiones activas (Nayak et al. 2024), mediante simulaciones MHD 3D condicionadas por datos basadas en extrapolaciones de campo no libre de fuerzas.
Hemos investigado el impacto de los chorros coronales sobre las prominencias tanto mediante simulaciones numéricas 2.5D (Luna & Moreno-Insertis 2021) como a través de observaciones multibanda (Joshi et al. 2023), encontrando un buen acuerdo entre teoría y observación. También se han analizado oscilaciones de gran amplitud en prominencias desencadenadas por chorros y fulguraciones, revelando que los flujos de plasma caliente procedentes de las fulguraciones pueden excitar oscilaciones longitudinales de los filamentos a través de la conectividad magnética (Luna et al. 2024).
Más recientemente, se han utilizado observaciones coordinadas de SST, IRIS y SDO para estudiar la emergencia efímera de flujo magnético y la cadena resultante de eventos energéticos a pequeña escala, demostrando la importancia de los magnetogramas de alta resolución para desvelar los mecanismos que subyacen a las Ellerman Bombs (EBs), los UV bursts y las surgencias (Nóbrega-Siverio et al. 2024). Campañas coordinadas similares han permitido descubrir propiedades clave de chorros impulsados por reconexión magnética en regiones de polaridad mixta. En estos entornos, topologías magnéticas en evolución (incluyendo cuerdas de flujo y puntos nulos) desencadenan chorros calientes y fríos que muestran ensanchamiento, movimientos de desenroscado y caída de plasma, con sitios de reconexión que migran a lo largo de las líneas de campo magnético. Estas dinámicas parecen ser características de los chorros impulsivos en diversos contextos solares (Joshi et al. 2024a, 2024b).
Combinando observaciones de SST, IRIS y SDO con las de Solar Orbiter, hemos observado una singularidad fibrilar cromosférica desconcertante y sin precedentes en las inmediaciones de un chorro solar blow-out y de un bucle en fulguración (Joshi et al. 2025). Además, observaciones de fulguraciones con el SST se han utilizado para presentar un método de creación de observaciones pseudo-Sun-as-a-star (De Wilde et al. 2025).
Puntos brillantes coronales (CBPs)
Hemos desarrollado un modelo radiativo-MHD 3D completo de un CBP utilizando el código Bifrost, basado en una configuración de punto nulo magnético (comúnmente asociada a este tipo de fenómeno). Nuestros resultados muestran que los CBPs pueden mantenerse durante varias horas mediante la acción continua de movimientos convectivos estocásticos en la fotosfera, sin requerir flujos a gran escala u organizados como la convergencia. También detectamos flujos ascendentes continuos con débiles firmas EUV, similares a chorros coronales oscuros, así como pequeñas erupciones cuando fibrillas cromosféricas interactúan con el sitio de reconexión (Nóbrega-Siverio et al. 2023).
Hemos explorado además el análogo cromosférico de los CBPs utilizando tanto observaciones como simulaciones, obteniendo una visión más profunda del calentamiento del plasma en bucles de pequeña escala y en la cromosfera bajo los CBPs (Madjarska et al. 2021; Bose et al. 2023; Nóbrega-Siverio & Moreno-Insertis 2022). Nuestro análisis observacional más reciente con Solar Orbiter revela que los CBPs muestran una actividad de chorros mayor de la que se había resuelto previamente con otros instrumentos EUV. De hecho, estos chorros pueden ser tan estrechos como el límite de resolución del instrumento EUI a bordo de Solar Orbiter (~250 km). También se reporta evidencia de plasmoides con longitudes del orden de 330 km dentro de una hoja de corriente de un CBP (Nóbrega-Siverio et al. 2025).
No equilibrio e ionización parcial
Hemos estudiado los efectos de la ionización fuera de equilibrio y de la ionización parcial sobre la dinámica y la termodinámica del plasma magnetizado que emerge desde el interior solar mediante experimentos numéricos (Nóbrega-Siverio et al. 2020a). Para ello, implementamos un nuevo módulo en Fortran en el código Bifrost que permite calcular de forma eficiente el término de difusión ambipolar en la Ley de Ohm Generalizada (Nóbrega-Siverio et al. 2020b). Más recientemente, hemos analizado este término desde un punto de vista matemático, identificando nuevas familias de soluciones autosimilares que pueden servir como pruebas rigurosas para códigos MHD que incluyen difusión ambipolar, tanto en coordenadas cilíndricas (Moreno-Insertis et al. 2022) como cartesianas (Moreno-Insertis et al., en preparación).
Reconexión magnética y cancelación de flujo
Mediante modelado numérico realista en 3D con el código radiativo-MHD Bifrost, hemos estudiado la interacción entre la emergencia de flujo magnético, la reconexión magnética y la cancelación magnética, demostrando que la reconexión cromosférica está plenamente activa cuando los parches magnéticos en colisión aún están separados por una célula granular en la fotosfera. En una fase posterior, tiene lugar la cancelación fotosférica con la sumersión de los bucles magnéticos cerrados que enlazan polaridades opuestas (Moreno-Insertis et al. 2025). Asimismo, hemos implementado varios modelos de resistividad en el código Bifrost para evaluar su impacto en la reconexión magnética y determinar cuáles son más adecuados para reproducir características solares y orientar diagnósticos para misiones espaciales actuales y futuras (Faerder et al. 2023; Faerder et al. 2024a, 2024b).
Nuestras observaciones de alta resolución de blobs cromosféricos de pequeña escala en cintas de fulguración proporcionan evidencia de reconexión fragmentada en hojas de corriente de fulguraciones (Joshi et al. 2025; Thoen Faber et al. 2025), mientras que simulaciones acopladas de tearing y procesos térmicos revelan cómo pueden formarse condensaciones dentro de cuerdas de flujo durante la fase no lineal de la reconexión (De Jonghe & Sen 2025). También hemos estudiado las topologías magnéticas que conectan las Quiet-Sun Ellerman Bombs (QSEBs) con los realces UV, identificando estructuras 3D clave como configuraciones fan-spine y puntos nulos magnéticos como elementos esenciales para comprender la conectividad entre la cromosfera y la región de transición (Bhatnagar et al. 2025a, 2025b). Además, hemos analizado la posible relación entre las QSEBs como trazadores de reconexión magnética y las espículas (Sand et al. 2025).
Asimismo, hemos investigado cómo la reconexión magnética forzada, desencadenada por pequeñas perturbaciones en la corona solar, impulsa la liberación de energía durante eventos solares (Sen & Moreno-Insertis 2025). Utilizando simulaciones MHD resistivas con refinamiento adaptativo de malla (AMR) mediante el código MPI-AMRVAC, hemos estudiado la evolución de hojas de corriente que se vuelven inestables, seguidas de la formación de cuerdas de flujo que finalmente se fusionan con el tiempo. Nuestros resultados muestran cómo este proceso de coalescencia conduce a una dinámica más compleja, produciendo flujos de salida similares a los nanojets observados recientemente, arrojando nueva luz sobre los procesos magnéticos y termodinámicos que dan forma a la actividad solar en la corona.
Lluvia coronal
Hemos explorado la lluvia coronal impulsada por fulguraciones mediante simulaciones MHD resistivas con el código MPI-AMRVAC, modelando la formación y erupción autosimilares de cuerdas de flujo magnético a través de reconexión espontánea en hojas de corriente. En la fase posterior a la erupción, el desequilibrio térmico conduce a un enfriamiento catastrófico y a la formación de condensaciones que caen a lo largo de las líneas de campo como lluvia coronal. Las propiedades dinámicas y termodinámicas simuladas de estas condensaciones frías muestran un buen acuerdo con las observaciones de lluvia coronal post-fulguración (Sen et al. 2024).
Sol en calma
Un análisis estadístico de eventos de emergencia de láminas de flujo magnético en el Sol en calma muestra su contribución al presupuesto magnético fotosférico y su asociación con fenómenos a escala granular, como gránulos en expansión o con canales granulares (Díaz-Castillo et al. 2025).
Polarización
Hemos investigado el papel del acoplamiento angular y en frecuencia en la modelización de la polarización en las líneas Mg II h y k. Nuestros resultados indican cuándo es válida la aproximación de promedio angular y cómo incluir los efectos dependientes del ángulo de forma eficiente, especialmente en contextos observacionales como el de CLASP2 (del Pino Alemán et al. 2025).
Asimismo, hemos utilizado modelos 3D para estudiar las señales de polarización de los CBPs. Encontramos que el aumento de densidad dentro del CBP produce realces de intensidad, pero suprime la polarización lineal. La polarización circular en estas regiones a menudo se aproxima al 0,1 % de la intensidad. La polarización circular de las líneas Fe XIV 5303 Å y, especialmente, Fe XIII 10747 Å constituye un diagnóstico valioso de los campos magnéticos en las regiones de mayor temperatura del CBP (Alsina Ballester et al. 2025).
Satélites solares
Hemos contribuido a la revisión de la misión IRIS (De Pontieu et al. 2021), destacando cómo ha mejorado nuestra comprensión de la formación y el impacto de chorros y espículas.
También hemos participado en dos estudios relacionados con la misión propuesta Multi-slit Solar Explorer (MUSE) del programa MIDEX de la NASA, proporcionando observables sintéticos derivados de simulaciones realistas para demostrar el potencial diagnóstico de la misión (De Pontieu et al. 2022, Cheung et al. 2022).
Actividad científica
Publicaciones relacionadas