El proyecto Whole Sun: desentrañando los complejos mecanismos físicos detrás de nuestra estrella eruptiva y sus gemelos

    Descripción

    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.

     

    Investigador principal
    Gestor del proyecto

    Novedades:

    Eyecciones de la atmósfera solar.


    Todavía hay muchas preguntas abiertas sobre eyecciones clave en la atmósfera solar, como chorros coronales, oleadas o espículas. Hemos abordado diferentes aspectos de estos fenómenos. Por ejemplo, hemos demostrado que las características de las oleadas observadas y los granos (plasmoides) que acompañan a los chorros coronales, así como las estructuras de doble cámara detectadas, muestran sorprendentes similitudes con los modelos numéricos de chorro (Joshi et al. 2020). También hemos estudiado a través de simulaciones numéricas 2.5D, el impacto de chorros coronales sobre prominencias, obteniendo amplitudes de oscilación y periodos que están en general de acuerdo con las observaciones (Luna & Moreno-Insertis, 2021). Con respecto a las oleadas, hemos caracterizado por primera vez las propiedades cromosféricas y de la región de transición de estos fenómenos combinando observaciones de alta resolución y técnicas avanzadas como k-means, inversiones y diagnósticos de densidad (Nóbrega-Siverio et al. 2021). Además, nos hemos involucrado en la comprensión de las respuestas de la región coronal y de transición a las excursiones de rápido desplazamiento al rojo de flujo descendente cromosférico reportadas recientemente (RRE, Bose et al. 2021).
     

    No equilibrio e ionización parcial.


    Hemos estudiado los efectos del no equilibrio y la ionización parcial en la dinámica y termodinámica del nuevo plasma magnetizado que emerge desde el interior solar mediante experimentos numéricos (Nóbrega-Siverio et al. 2020a). Para ello, fue necesario implementar un nuevo módulo de Fortran en el código Bifrost que calcule el término de difusión ambipolar en la Ley de Ohm Generalizada de manera eficiente (Nóbrega-Siverio et al. 2020b). Recientemente, hemos explorado el término de difusión ambipolar desde una perspectiva más fundamental y matemática, encontrando nuevos conjuntos de soluciones auto-similares que se pueden utilizar como pruebas exigentes para códigos MHD que incluyen el término de difusión ambipolar, tanto en coordenadas cilíndricas (Moreno-Insertis et al.2021, en revisión) como en coordenadas cartesianas (Moreno-Insertis et al. por presentar).

     

    Otros temas.


    Hemos contribuido a la revisión del Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS, De Pontieu et al. 2021), centrándonos en los aspectos clave en los que este satélite ha contribuido a la mejor comprensión de la formación y el impacto de las espículas y otros chorros. También hemos explorado por primera vez la contrapartida cromosférica de los Coronal Bright Points (CBP), proporcionando una mayor comprensión sobre el calentamiento del plasma confinado en los bucles a pequeña escala de los CBP (Madjarska et al. 2021).

    Además de eso, hemos contribuido en dos artículos relacionados con el Multi-slit Solar Explorer (MUSE), que es una misión MIDEX propuesta para la NASA. Nuestro papel ha sido proporcionar observables sintéticos a partir de nuestras simulaciones realistas con el objetivo de mostrar las capacidades potenciales de diagnóstico de la misión (ver De Pontieu et al. 2021, aceptado, y Cheung et al. 2021, bajo revisión).