Para un nuevo estudio, un equipo de físicos reclutó a aproximadamente 1,000 estudiantes universitarios en la Universidad de Colorado Boulder para ayudar a responder una de las preguntas más persistentes sobre el sol: ¿Cómo es que la atmósfera más externa de la estrella, o «corona», se calienta tanto?
La investigación representa una hazaña de análisis de datos casi sin precedentes: de 2020 a 2022, el pequeño ejército de estudiantes, en su mayoría de primer y segundo año, examinó la física de más de 600 erupciones solares reales: gigantescas erupciones de energía de la turbulenta corona del sol. .
Los investigadores, incluidos 995 estudiantes de pregrado y posgrado, publicaron su hallazgo el 9 de mayo en El diario astrofísico. Los resultados sugieren que las erupciones solares pueden no ser responsables del sobrecalentamiento de la corona solar, como sugiere una teoría popular en astrofísica.
«Realmente queríamos enfatizar a estos estudiantes que estaban haciendo una investigación científica real», dijo James Mason, autor principal del estudio y astrofísico del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins.
La coautora del estudio, Heather Lewandowski, estuvo de acuerdo y señaló que el estudio no sería posible sin los estudiantes universitarios que contribuyeron con unas 56 000 horas de trabajo al proyecto.
«Fue un gran esfuerzo de todos los involucrados», dijo Lewandowski, profesor de física y miembro de JILA, un instituto de investigación conjunto entre CU Boulder y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).
física de la fogata
El estudio se centra en un misterio que ha dejado a los astrofísicos más veteranos rascándose la cabeza.
Las observaciones del telescopio sugieren que la corona del sol chisporrotea a temperaturas de millones de grados Fahrenheit. La superficie del sol, por el contrario, es mucho más fría, registrando solo miles de grados.
«Es como pararse justo frente a una fogata y, a medida que retrocedes, hace mucho más calor», dijo Mason. «No tiene sentido.»
Algunos científicos sospechan que las llamaradas especialmente diminutas, o «nanollamaradas», que son demasiado pequeñas para que incluso los telescopios más avanzados las detecten, pueden ser las responsables. Si tales eventos existen, pueden aparecer alrededor del sol de forma casi constante. Y, según la teoría, podrían sumarse para hacer que la corona esté tostada. Piense en hervir una olla de agua usando miles de fósforos individuales.
Los resultados de los estudiantes arrojan dudas sobre esta teoría, dijo Mason, aunque cree que es demasiado pronto para decirlo con seguridad.
«Esperaba que nuestro resultado fuera diferente. Sigo sintiendo que las nanollamaradas son un impulsor importante del calentamiento coronal», dijo Mason. «Pero la evidencia de nuestro artículo sugiere lo contrario. Soy un científico. Tengo que ir a donde apunta la evidencia».
Horas máximas de pandemia
El esfuerzo comenzó en el punto álgido de la pandemia de COVID-19.
En la primavera de 2020, CU Boulder, como la mayoría de las universidades del país, había trasladado sus cursos completamente en línea. Lewandowski, sin embargo, se enfrentó a una situación difícil: estaba dando una clase sobre investigación práctica llamada «Física experimental I» ese otoño, y no tenía nada que hacer para sus alumnos.
“Este fue el momento pico de la pandemia”, dijo Lewandowski. «A veces es difícil recordar cómo era la vida entonces. Estos estudiantes estaban muy aislados. Estaban realmente estresados».
Mason, que entonces era investigador en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) en CU Boulder, ofreció una idea.
El científico había querido durante mucho tiempo profundizar en las matemáticas de las erupciones solares. En particular, había intentado examinar un conjunto de datos de miles de destellos que ocurrieron entre 2011 y 2018 y que habían sido detectados por instrumentos en el espacio. Incluyeron la serie de satélites ambientales operativos geoestacionarios (GOES) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica y el espectrómetro solar de rayos X en miniatura (MinXSS) de la NASA, una misión CubeSat diseñada y construida en LASP.
El problema: había demasiadas bengalas para examinarlas por su cuenta.
Fue entonces cuando Mason y Lewandowski recurrieron a los estudiantes en busca de ayuda.
Mason explicó que se pueden inferir detalles sobre el comportamiento de las nanodestellos estudiando la física de los destellos más grandes, que los científicos han observado directamente durante décadas.
Para hacer precisamente eso, los estudiantes se dividieron en grupos de tres o cuatro y eligieron un destello normal que querían analizar en el transcurso del semestre. Luego, a través de una serie de largos cálculos, sumaron cuánto calor podría verter cada uno de estos eventos en la corona solar.
Sus cálculos pintaron una imagen clara: la suma de las nanollamaradas del sol probablemente no sería lo suficientemente poderosa como para calentar su corona a millones de grados Fahrenheit.
Experiencias educativas
No está claro qué hace que la corona esté tan caliente. Una teoría en competencia sugiere que las ondas en el campo magnético del sol transportan energía desde el interior del sol a su atmósfera.
Pero los hallazgos reales del estudio no son los únicos resultados importantes. Lewandowski dijo que sus estudiantes pudieron tener oportunidades que son raras para los científicos e ingenieros tan temprano en sus carreras: aprender de primera mano sobre la forma colaborativa y, a menudo, desordenada en que funciona la investigación científica en el mundo real.
«Todavía escuchamos a los estudiantes hablar sobre este curso en los pasillos», dijo. «Nuestros estudiantes pudieron construir una comunidad y apoyarse mutuamente en un momento realmente difícil».
Los coautores de CU Boulder del nuevo estudio incluyen a Alexandra Werth, investigadora postdoctoral en JILA; Colin West, profesor asociado de enseñanza en física; Allison Youngblood, astrofísica de LASP ahora en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA; Donald Woodraska, líder del equipo de sistemas de datos de LASP; y Courtney Peck, ingeniera de software de sistemas de datos en LASP y el Instituto Cooperativo para la Investigación en Ciencias Ambientales (CIRES).
El financiamiento para la investigación provino de la NASA a través de la misión MinXSS y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. a través del Centro de Ciencia y Tecnología STROBE y el Centro de Frontera de Física JILA.
