Modelado de átomos neutros energéticos para estudiar erupciones solares y eyecciones de masa coronal

Las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal (CME, por sus siglas en inglés) son dos de los procesos más energéticos del sistema solar, arrojando al campo magnético de la Tierra miles de millones de toneladas de gas de plasma de alta energía, lo que puede interrumpir las redes eléctricas, los satélites y las redes de comunicaciones. Comprender el proceso subyacente de aceleración de partículas involucrado en grandes eventos de partículas energéticas solares (SEP) como estos ha sido uno de los problemas centrales en la investigación en heliofísica.

El Dr. Gang Li, profesor del Departamento de Ciencias Espaciales de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), es el primer autor de un artículo en El diario astrofísico titulado «Modelado de átomos neutrales energéticos solares a partir de erupciones solares y choques impulsados ​​por CME» que demuestra, por primera vez, cómo los átomos neutrales energéticos, o ENA, podrían usarse como un nuevo medio para probar el proceso de aceleración en grandes eventos SEP, como así como para diferenciar entre los dos sitios de aceleración: grandes bucles en erupciones solares y aguas abajo de choques impulsados ​​​​por CME.

«Es probable que este trabajo entusiasme a los [heliophysics] comunidad a considerar más sobre la generación y propagación de partículas solares ENA «, dice el Dr. Li. «El documento demuestra por primera vez que los ENA se pueden usar para distinguir entre la aceleración CME / Flare SEP, sentando las bases teóricas necesarias para posibles medición futura de ENA solares».

«El trabajo del Dr. Li proporciona un nuevo enfoque innovador para explorar la física de la aceleración de partículas en la atmósfera del sol de forma remota», dice el Dr. Gary Zank, director del Centro de Plasma Espacial e Investigación Aeronómica de la UAH y presidente del Departamento Aerojet Rocketdyne. de Ciencias del Espacio.

«Esto amplía el esfuerzo ya sustancial en el Departamento de Ciencias Espaciales de usar ENA para explorar regiones remotas de la heliosfera, donde utilizamos ENA creadas en los límites distantes de la heliosfera y el medio interestelar vecino para explorar la física del plasma de esas regiones».

«El objetivo final de usar ENA es obtener varios parámetros físicos en los sitios de aceleración», señala el Dr. Li. «Los científicos saben que las partículas pueden acelerarse en dos ubicaciones posibles: erupciones solares o choques provocados por CME. Sin embargo, ¿qué sitio es más eficiente para acelerar partículas? ¿Qué sitio puede acelerar partículas a energías más altas? Estas son preguntas a menudo debatidas, y nosotros no sé la respuesta».

La principal barrera para resolver estos misterios a través de la observación experimental es el propio sol, ya que la comprensión básica de las condiciones cercanas al sol y los procesos físicos involucrados en la producción de eventos SEP se ven obstaculizados por la incapacidad de realizar mediciones directas cerca de los sitios de aceleración.

Los ENA representan un nuevo método potencial para proporcionar respuestas, porque son partículas neutras (átomos de hidrógeno) que se forman a partir de protones a partir de reacciones de intercambio de cambios. Debido a que son neutrales, no se ven afectados por los campos magnéticos.

“Esto es muy importante, porque estas partículas neutras no se ven afectadas por el viento solar MHD. [magnetohydrodynamic] turbulencia a medida que se propagan desde el sol a los observadores», explica el Dr. Li. «En comparación, los protones, iones y electrones, debido a que están cargados, su propagación desde el sol a la Tierra se ve distorsionada por el campo magnético del viento solar. Por lo tanto, las ENA llevan toda la información física del sitio de aceleración. Por lo tanto, observarlos ofrece una oportunidad completamente nueva para restringir el proceso de aceleración de partículas subyacente».

Además, los átomos energéticos pueden revelar sus secretos a una distancia de 1 unidad astronómica, o a unos 150 millones de kilómetros del sol, donde el flujo de los ENA se encuentra en un nivel que aún puede medirse con un detector de ENA dedicado. La búsqueda para recuperar estos datos podría conducir en última instancia a una nueva misión solar de la NASA para comprender mejor estas partículas y cómo se originan los grandes eventos SEP para impactar en la magnetosfera de la Tierra.

«Nuestra simulación forma una base teórica para interpretar futuras observaciones de ENA», señala el Dr. Li. «Es probable que tales observaciones estén en el radar de la NASA como una misión futura, por ejemplo, la misión SMEX de la NASA, para dedicarse al estudio solar ENA. Una misión ENA dedicada que filtre los SEP cargados más numerosos y vaya directamente después de estas mediciones ENA puede proporcionar nueva información sobre la aceleración de SEP cerca del sol y ayudar a resolver preguntas de larga data que han desconcertado a la comunidad».

De hecho, una nueva misión de la NASA en la que el Dr. Zank es co-investigador, llamada IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe), de hecho tendrá instrumentos ENA en 1 unidad astronómica capaces de medir las ENA creadas tanto en los confines distantes del heliosfera y también procedente del sol.