La ciencia está cada vez más cerca de predecir la aparición de las llamaradas solares gracias a los avances que ha realizado un equipo de investigadores entre los que se encuentra el astrofísico de Ibiza Juan Martínez Sykora.

Estos científicos han conseguido algo histórico, simular la evolución entera de una llamarada solar a través de un modelo computacional numérico. Este trabajo es clave para comprender un fenómeno del Sol cuyos efectos sobre la Tierra pueden ser más que preocupantes. Las llamaradas solares son explosiones de radiación, que, por fortuna, no pueden atravesar la atmósfera terrestre y afectar físicamente a los seres humanos. Sin embargo, cuando son suficientemente potentes, además de originar hermosas auroras boreales, pueden afectar a las redes eléctricas, dañar los satélites, poner en peligro a astronautas y provocar estragos en las comunicaciones, con fallos en la radio, en los sistemas GPS y en los móviles.

Aunque no es posible, de momento pronosticar, cuando se van a producir estas explosiones en el Sol, Juan Martínez Sykora explica que este trabajo "ayuda a entender el fenómeno y quizás en un futuro pueda ser de utilidad para desarrollar herramientas que permitan predecirlo"."Una de las complicaciones que nos encontramos es que estas simulaciones tardan mucho en realizarse, se necesitan meses, mientras que el proceso desde que se origina una llamarada hasta que llega a la atmósfera se produce en días", apunta el astrofísico ibicenco, que vive desde hace años en California, donde trabaja en el Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory (Lmsal) y en el Bay Area Environmental Research Institute (Baeri).

Juan Martínez Sykora, astrofísico

Para hacer esta simulación, se han invertido "unas 200.000 horas". Aunque parezca mucho, explica Sykora que ha sido un éxito hacerlo tan rápido. "Es un tiempo récord, porque se podría tardar lo que dura la vida de una persona si no se implementan los métodos que nosotros hemos usado", detalla. Para hacer este trabajo han empleado la súper computadora Pleiades, que pertenece a la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) y es una de las más rápidas del mundo.

Un proyecto becado por la NASA

El proyecto, que se inició hace cinco años, ha sido subvencionado a través de un programa de la NASA, el 'Heliophysics Grand Challenges Research opportunity' y sus resultados se publicaron el pasado 26 de noviembre en la revista científica Nature Astronomy. Hoy también se ha dado a conocer a través de un comunicado del National Center for Atmospheric Research (NCAR) . En la investigación han participado cuatro institutos de investigación, una universidad y catorce investigadores de Estados Unidos y de Europa liderados por el Doctor Mark Cheung, de Lmsal y el Doctor Matthias Rempel, del NCAR. En el equipo, además del ibicenco, hay otro científico español, el Doctor Alberto Sainz Dalda.

Aunque se habían hecho estudios similares anteriormente, ningún modelo hasta ahora había conseguido simular el proceso completo incluyendo, como lo hace éste, desde los momentos previos a que se origine el fenómeno hasta la formación de la llamarada solar. "Lo que habían hecho estudios previos era simular una parte del proceso, pero nosotros hemos añadido la física necesaria con métodos muy novedosos y eso nos ha permitido tener toda la evolución y hacer comparaciones con observaciones directas", explica Martínez Sykora.

Un simulación completa

Como explica el astrofísico, en este tipo de eventos "se libera una enorme cantidad de energía térmica, magnética, y cinética en forma de partículas altamente aceleradas a velocidades próximas a la velocidad de la luz, que a veces impactan en la atmósfera de la Tierra. La simulación de la evolución de la llamarada y su erupción va desde que se origina la elevación del campo magnético a través de miles de kilómetros por debajo de la superficie solar, a la acumulación de energía magnética en dicha superficie, pasando por la expansión del campo magnético hacia la atmósfera externa solar, hasta que finalmente se produce la explosiva liberación de energía en forma de una brillante llamarada".

El investigador ibicenco remarca que este trabajo "es de suma importancia para entender la aparición de manchas solares circulares y cómo a veces pueden producir llamaradas o eyecciones de masa coronal que pueden alcanzar 3000 km/s y transportar masa equiparables o superiores a la del monte Everest". "Es imposible reproducir en un laboratorio la física que hay detrás de esta evolución y liberación de energía, requiere de varios procesos físicos altamente complicados. Lo que hace que estos eventos sean de gran interés para entender procesos fundamentales como la reconexión del campo magnético a niveles de energía descomunales", añade.

Un modelo complejo

El experimento numérico abarca múltiples regiones de la atmósfera solar, capturando la complejidad y el comportamiento físico que es específico en cada región. En concreto, el modelo de estos investigadores incluye los últimos 10.000 kilómetros de la zona de convección, donde la energía es transportada hacia la superficie solar. Desde allí una gran cantidad de energía es liberada en forma de radiación hacia la capa exterior de la atmósfera solar, la corona, hasta alcanzar los 40,000 kilómetros. El astrofísico explica que "la complejidad de este modelo se debe al hecho de que incluye los procesos físicos relevantes como la radiación o la conducción térmica, pero además resuelve la gran variedad de diferencias en temperaturas, densidades y presión y otras características que se dan en estas regiones del Sol".

El equipo buscó un modelo que generase la llamarada por sí mismo. Partieron de un escenario con condiciones inspiradas en las mismas que se dieron en una región activa en el Sol observada en marzo de 2014. Dichas manchas solares produjeron docenas de llamaradas durante el tiempo que fue visible incluyendo una súper-poderosa de clase X (la llamarada más potente), que puede producir tanta energía como 1 billón de bombas de hidrógeno. Los científicos no intentaron reproducir con exactitud esta región activa, pero de forma aproximada introdujeron los mismos ingredientes que estuvieron presentes en esos momentos para que fuera posible la llamarada. Recrearon un nuevo campo magnético desde el borde inferior del dominio numérico y lo dejaron subir por las leyes que gobiernan dichas regiones independientemente. Este experimento numérico fue capaz de capturar el proceso entero, desde la subida del campo magnético a través de las capas superiores de la zona de convección, a acumularse en la superficie y desprenderse y expandirse en la corona. Una vez en la corona, la emergencia del campo magnético la excita liberando la energía magnética formando la llamarada solar.

Martínez Sykora remarca que, al incluir, por primera vez, en la simulación "las pérdidas de energía por radiación y la conducción térmica, entre otros procesos físicos, los científicos pueden hacer comparaciones con observaciones directas, las pueden interpretar y validar el modelo. Algo, que no se podía hacer antes y que es un paso para entender mejor e ir hacia la predicción del clima de la atmósfera solar".

El título completo del artículo que aparece en la revista Nature Astronomy es 'A comprehensive three-dimensional radiative magnetohydrodynamic simulation of a solar flare' y lo firman M. C. M. Cheung, M. Rempel, G. Chintzoglou, F. Chen, P. Testa, J. Martínez-Sykora, A. Sainz Dalda, M. L. DeRosa, A. Malanushenko, V. Hansteen, B. De Pontieu, M. Carlsson, B. Gudiksen, and S. W. McIntosh.

Una carrera brillante

Juan Martínez Sykora, hijo de la conocida profesora de piano Vera Sykora, nació en Ibiza en 1980 y se crió en Santa Eulària. Estudió la carrera de Astrofísica en la Universidad de La Laguna (Tenerife) y se doctoró en la Universidad de Oslo (Noruega). Vive desde hace años en Estados Unidos. Entre sus logros hay que destacar que lideró las investigaciones de un grupo de científicos que desveló el origen de las espículas solares. El resultado de este trabajo se publicó en 2017 en la prestigiosa revista Science.