En el siglo VI a.C., los pitagóricos descubrieron las leyes matemáticas del tono musical y dedujeron que el movimiento planetario producía una “música de las esferas”, noción que Kepler refutó posteriormente. Hoy, los heliosismólogos pueden adentrarse en las profundidades del Sol simplemente “escuchándolo”. A ello se dedica William J. Chaplin, de la Universidad de Birmingham (Reino Unido), aunque alternando Beatles y Michael Nyman con la música solar. Presente en la reunión HELAS NA3-2: “Modos de oscilación solar de bajo grado y baja frecuencia”, organizada en La Palma por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), este investigador sugirió que los resultados publicados recientemente en la revista Science por el Grupo de Sismología Solar y Estelar del IAC en el marco de una colaboración internacional “parecen indicar que, por fin, se han descubierto las ondas gravitatorias procedentes del interior del Sol”, los tanto tiempo esperados “modos g”.
“Los sonidos que podemos observar del Sol –explica William Chaplin- son como notas de un instrumento, ondas de presión en una cavidad. Como en un clarinete, donde introduces aire por un lado y las ondas se propagan por el interior. En ese caso, el instrumento suena. En el Sol, en sus partes más externas –zona de convección-, se producen unas vibraciones o movimientos que originan ondas, y esas ondas se propagan por el Sol como si éste fuera un instrumento musical. Pero nuestra estrella no es sólida, sino que está hecha de gas, y las ondas se pueden propagar hacia dentro y hacia fuera, provocando cambios realmente pequeños en el tamaño del Sol. En ese “breathing mode” (modo de respiración), el Sol se contrae y se expande unos 50 m, desplazamiento apenas apreciable si lo comparamos con los 7.000 km del radio del Sol. De ahí que para detectar unos cambios tan pequeños es necesario escuchar la música del Sol.” Así se titula precisamente su libro Music of the Sun. The story of Helioseismology (La música del Sol. La historia de la Heliosismología), que Chaplin escribió y que dedicó a la memoria de su colega y amigo el Profesor George R. Isaak, uno de los pioneros en el estudio del interior del Sol recientemente fallecido.
Los orígenes de la Heliosismología
Según Chaplin, la Helisosimología pronto cumplirá 50 años de historia en el sentido de que fue a comienzos de los sesenta “cuando se vieron de alguna manera las oscilaciones”. El físico del Instituto de Tecnología de California Robert B. Leighton y su estudiante Bob Noyes , observando el Sol desde el Observatorio de Mount Wilson, descubrieron que la superficie solar mostraba oscilaciones con un período característico de unos cinco minutos. Fue entonces cuando Leighton, tras valorar la importancia de encontrar un “latido” periódico en el Sol, le dijo a su doctorando: “Bob, he encontrado tu tesis”, tal y como cuenta Chaplin en su libro. “Pero hubo que esperar hasta mediados de los setenta –advierte este investigador- para darse cuenta de que esas pequeñas oscilaciones que se observaban eran en realidad ondas acústicas atrapadas en el interior del Sol, como en un instrumento, que podían producir que todo el Sol se contrajese y se expandiese. Por tanto, fue entre mediados y finales de los setenta cuando por fin los científicos fueron conscientes de que podían usarse esas observaciones para obtener información del interior del Sol. Y eso es importante porque las estrellas son los bloques fundamentales del Universo.”
A este nacimiento de la Heliosismología contribuyeron la Universidad de Birmingham y el IAC cuando los ingleses trasladaron en 1975 su espectrofotómetro de alta resolución Mark-1 al Observatorio del Teide, en Tenerife. “Esto marcó –señala Chaplin en su libro- el comienzo de una exitosa y duradera colaboración con el instituto anfitrión, el Instituto de Astrofísica de Canarias, que continúa hoy en día.” A finales de la década, fruto de esta colaboración, se produjo el nacimiento propiamente dicho de la Heliosismología con el descubrimiento de la naturaleza global (de todo el Sol) de las oscilaciones de 5 minutos de período y su posterior identificación como "modos normales" de oscilación del Sol.
Hitos científicos
William Chaplin cree que la contribución más importante de la Heliosismología es que con ella podemos entender el interior de las estrellas. “La imagen que tenemos del interior del Sol nos permite mirar dentro de él y eso es importante porque el Sol, como estrella, es la piedra Rosetta de la Astrofísica para entender otras estrellas. Es la manera de mirar no sólo dentro del Sol, sino también de otras estrellas.”
“Otro logro de la Heliosismología es que ha proporcionado la solución al problema de la naturaleza de los neutrinos”, añade Chaplin. En el Sol, parecía que se producían menos neutrinos de los previstos, lo que significaba que el núcleo del Sol debía estar mas frío. Y esta conclusión no encajaba en los modelos. El modelo solar estándar preveía la detección de una cantidad mayor de neutrinos que no se observaba en los experimentos. Pero, gracias a las técnicas heliosismológicas, se ha descubierto que los neutrinos tienen un mínimo de masa y que se van transformando desde que salen del Sol hasta que llegan a la Tierra. Por eso, al medir, faltan neutrinos, porque se han transformado, no porque se produzcan menos de los contemplados teóricamente. La Heliosismología ha corregido a la Física Teórica y ha obligado a replantear la naturaleza de los neutrinos, lo que ha permitido entender mejor los fundamentos de la Física de Partículas.
“También entendemos mejor –prosigue Chaplin- los cambios en la atmósfera del Sol, el origen de las partículas cargadas (viento solar) que lanza el Sol y el campo magnético y cómo nos pueden afectar a la Tierra, porque no sólo colisionan con satélites y misiones espaciales, también con nuestros propios cuerpos.”
¿Qué le falta entonces por descubrir a la Heliosismología? “Una de las cuestiones más importantes –destaca Chaplin- es cómo gira la parte más central del Sol. La superficie solar gira igual que la Tierra, aunque con una rotación de 27 días. Sin embargo, no sabemos a qué velocidad gira el interior del Sol. Entender esa rotación es muy importante porque todo en Astrofísica tiene que ver con ella. Es algo común a todos los objetos. Todavía no sabemos cómo rota el interior del Sol y creo que es una gran pregunta. Otra de las grandes cuestiones es cómo sale el campo magnético desde el interior hasta la superficie y cómo se relacionan esos cambios en los campos magnéticos con las manchas solares que aparecen en ciertas zonas del Sol. Todavía no se ha aclarado cómo funciona el ciclo solar.”
La fuerza de la gravedad
La gravedad, la fuerza más antigua conocida, sigue siendo actualmente la protagonista de la Física. Al igual que los expertos en Relatividad buscan desesperadamente las ondas gravitatorias procedentes de la deformación del espacio-tiempo que se produce cuando una masa se acelera, el sueño de los heliosismólogos se concentra en la detección definitiva de los “modos g”, las ondas gravitatorias procedentes del interior del Sol. “El motivo por el que estamos interesados en estos modos g –explica Chaplin- es porque nos proporcionan una forma muy sensible de medir parámetros en el núcleo del Sol. Por ejemplo, podemos saber cómo gira ese núcleo.”
De ahí la importancia del descubrimiento publicado el pasado mes de mayo en la revista Science: la detección de una señal que correspondería a la huella de los modos g, buscados desde los años setenta y nunca observados hasta la fecha. “Ésta es la primera afirmación de haber detectado los modos g que merece cierta consideración, lo que parece indicar que, por fin, hemos descubierto los modos g”. Este resultado, obtenido por un equipo internacional del que formaban parte miembros del Grupo de Sismología Solar y Estelar del IAC, se dedujo tras analizar once años de datos de GOLF (Global Oscillations at Low Frequency), uno de los instrumentos a bordo del satélite SOHO (Solar Heliospheric Observatory). Según este trabajo, el núcleo solar, que como ya se sabía gira más rápidamente que el resto de la estrella, no lo hace a la velocidad predicha por las teorías de la evolución estelar.
Retos tecnológicos
Los sonidos del Sol nos descubren cómo es por dentro. Sus frecuencias se sitúan alrededor de 3 milihertzios, que corresponden a un periodo de unos 5 minutos. Los humanos no podemos oírlos directamente ya que nuestros oídos sólo son sensibles a vibraciones de frecuencias entre 100 y 20.000 hertzios. Pero los heliosismógrafos sí pueden detectarlos.
Sin embargo, para poder ver los modos g, que son muy diminutos, “necesitamos gran cantidad de datos”, señala Chaplin, que para ello propone varias soluciones: continuar con todas las observaciones, haciéndolas más prolongadas, buscar una técnica distinta para analizar los datos que ya tenemos, mirar sólo en unas regiones del Sol y no en todo o investigar la superficie solar a diferentes profundidades de la atmósfera. “Son básicamente los mismos principios, pero cambia la forma en que tomamos los datos.”
El futuro de las redes
En la década de los ochenta, la combinación de datos provenientes de instrumentos similares ubicados en distintos puntos del globo terrestre a fin de obtener medidas solares las 24 horas del día, demostró su viabilidad y la mejora radical en los datos. A partir de este momento, la comunidad científica internacional desarrolló numerosas redes internacionales de Sismología Solar (complementarias en sus objetivos científicos), teniendo todas ellas uno de sus nodos en el Laboratorio Solar del Observatorio del Teide: BiSON, IRIS, GONG.... De este modo, las observaciones se desarrollan de modo ininterrumpido (día tras día) de forma sistemática, contribuyendo a proporcionar una base de datos única y ampliamente utilizada por toda la comunidad científica solar. Mark-1, el instrumento instalado por la Universidad de Birmingham en el Observatorio del Teide en 1975, ha estado operando de modo satisfactorio y proporcionando información única sobre la sensibilidad de los parámetros de las pulsaciones solares (frecuencias, energías, anchuras, desdoblamiento rotacional, etc.) con el ciclo de actividad del Sol de 11 años. En 1992 se integró en la Red Heliosismológica BiSON (Birmingham Solar Oscillations Network), cuyos demás nodos se sitúan en Sutherland (Sudáfrica), Las Campanas (Chile), Mount Wilson (EEUU), Carnarvon (Australia oeste) y Narrabri (Australia este).
Pero con las posibilidades que ofrecen los nuevos proyectos de misiones espaciales, cabría pensar que las redes de heliosismología están condenadas a desaparecer, lo que Chaplin niega categóricamente. “En BiSON, la red en la que yo trabajo, no tenemos intención de parar, sino que vamos a continuar con las observaciones. Aunque depende de la financiación, por ahora contamos con ella para seguir haciendo ciencia. Todavía se puede hacer mucho trabajo con las redes desde la tierra porque todavía hay importantes y excitantes retos.”
Y quizá algún día sabremos tanto de otras estrellas como del Sol. “Aunque será muy difícil –advierte Chaplin- porque las estrellas están muy lejos”. Pero, si bien durante mucho tiempo no se pudieron observar oscilaciones directamente en otras estrellas, porque son muy débiles, “gracias a los avances de la ingeniería y al desarrollo de la instrumentación ahora somos capaces de detectarlas con telescopios terrestres y con futuros satélites como Kepler, una misión de la NASA que buscará planetas extrasolares, pero también hará astrosismología”. El problema es que, aunque en el Sol podemos ver miles y miles de modos, en las estrellas es muy limitado el número de oscilaciones. No obstante, Chaplin confía que “los avances tecnológicos en el futuro nos permitirán obtener imágenes de esas estrellas con mayor resolución”.
Vocaciones científicas
La ciencia es cultura y William Chaplin lo tiene claro. “Creo que debemos -dice- ser capaces de captar la imaginación de la sociedad y enseñar a la gente joven que todo lo que nos rodea proviene del conocimiento científico. Debemos hacer esfuerzos por que entienda la importancia de la ciencia”. Y argumenta que no sólo para enriquecernos culturalmente y que la humanidad pueda seguir adelante, sino también para justificar las inversiones que se hacen, puesto que la investigación científica se financia con dinero público. “Los científicos debemos ser capaces de explicar por qué es importante que los impuestos vayan a ciencia y qué beneficios se obtienen de ello.”
“Necesitamos –concluye Chaplin- jóvenes inteligentes que estudien Física y Matemáticas y que respondan a preguntas tan excitantes como si hay vida en otros planetas. En los próximos diez años seguramente seamos capaces de, al menos, identificar planetas parecidos a la Tierra. Esos planetas podrían tener agua e, incluso, albergar vida”. Chaplin recuerda que él empezó trabajando con George Isaak, a comienzos de los noventa, en la búsqueda de planetas con datos de observaciones solares, aunque finalmente los dejó por las oscilaciones. Por eso comenta que “ojalá” él tuviera unos años menos, dado que “la próxima generación de científicos –ahora en el colegio- tendrá la oportunidad de responder a esa pregunta sobre la vida en el Universo."
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