Un cambio sustancial en la presión del viento solar ha expandido los límites de la heliosfera, la región espacial bajo la influencia del viento solar y su campo magnético, en su dirección más cercana.
A finales de 2014, la nave espacial de la NASA detectó un cambio sustancial en el viento solar. Por primera vez en casi una década, la presión del viento solar -una medida combinada de su velocidad y densidad- había aumentado aproximadamente un 50 por ciento y se mantuvo así durante varios años a partir de entonces.
Dos años más tarde, la nave interestelar Boundary Explorer, o IBEX, detectó el primer signo de la secuela. Las partículas de viento solar del aumento de presión de 2014 habían alcanzado el borde de la heliósfera, se habían neutralizado y habían sido disparadas de vuelta hasta la Tierra. Y tenían una historia que contar.
En dos artículos recientes, los científicos utilizaron datos de IBEX junto con modelos numéricos sofisticados para comprender lo que estos átomos rebotando pueden decirnos sobre la forma y estructura en evolución de nuestra heliosfera, la burbuja gigante tallada por el viento solar.
"Los resultados muestran que el aumento de la presión del viento solar de 2014 se ha propagado desde el Sol a la heliosfera externa, transformándose y expandiendo los límites de nuestra heliosfera en su dirección más cercana", dijo David McComas, investigador principal de la misión IBEX en la Universidad de Princeton en Princeton. "Los datos de IBEX que se publicarán en los próximos años nos permitirán registrar la expansión y la evolución de la estructura de las otras porciones de los límites exteriores de la heliosfera".
A medida que el viento solar fluye desde el Sol a velocidades supersónicas, se extiende una burbuja conocida como heliosfera. La heliosfera encierra todos los planetas de nuestro sistema solar y gran parte del espacio que los separa, separando el dominio de nuestro Sol del espacio interestelar.
Pero el viaje del viento solar desde el Sol no es un viaje suave. En su camino hacia el borde mismo de nuestra heliosfera, conocida como la heliopausa, el viento solar pasa a través de distintas capas. El primero de estos se conoce como 'shock' de terminación.
Antes de pasar el choque de terminación, el viento solar se expande rápidamente, en gran medida sin impedimentos por material externo.
"Pero en el choque de terminación, aproximadamente a 14.000 millones de kilómetros de nosotros en todas direcciones, el viento solar se desacelera abruptamente. Más allá de este punto continúa moviéndose hacia afuera, pero hace mucho más calor", dijo Eric Zirnstein, autor principal de uno de los papeles en Princeton.
Una vez que sobrepasa el choque de terminación, las partículas del viento solar ingresan a una zona especial de limbo conocida como 'heliosheath', previa al espacio exterior. Mientras que el choque de terminación es esencialmente esférico, se cree que los bordes de la heliosfera describen más un arco alrededor del Sol a medida que se mueve a través del espacio, más cerca del Sol hacia adelante y extendiéndose detrás de él, similar a un cometa con una cola.
A lo largo de estos límites, las partículas del viento solar se mezclan con las partículas del espacio interestelar. Las colisiones son inevitables: las partículas de viento solar calientes y cargadas eléctricamente chocan contra los átomos neutros más lentos y fríos del espacio interestelar, robando un electrón y volviéndose neutrales.
"Desde allí viajan balísticamente a través del espacio, y algunos hacen todo el camino de vuelta a la Tierra", dijo Zirnstein. "Estos son los átomos neutros energéticos que IBEX observa".
A finales de 2016, cuando el generador de imágenes del átomo neutro y energético del IBEX comenzó a captar una señal inusualmente fuerte, el Profesor McComas y su equipo se propusieron investigar su causa. Sus hallazgos aparecen en un artículo publicado el 20 de marzo de 2018 en Astrophysical Journal Letters.
Los átomos neutros energéticos venían de unos 30 grados al sur de la dirección interestelar de ceñida, donde se sabía que la 'heliosheath' era más cercana a la Tierra.
Para cuantificar su conexión con el aumento de la presión solar del viento de 2014, McComas y su equipo recurrieron a simulaciones numéricas, para determinar cómo ese aumento de presión podría afectar los átomos neutros energéticos que observa el IBEX.
"Este tipo de simulaciones involucran un modelo para la física, que luego se convierte en ecuaciones, que a su vez se resuelven en una supercomputadora", dijo Jacob Heerikhuisen, coautor de ambos documentos en la Universidad de Alabama en Huntsville.
Utilizando modelos de computadora, el equipo simuló una heliosfera completa, la sacudió con un aumento de la presión del viento solar y dejó que corriera los números. La simulación completó una historia solo insinuada por los datos.
Según la simulación, una vez que el viento solar golpea el choque de terminación crea una onda de presión. Esa ola de presión continúa hasta el borde de la heliosfera y rebota parcialmente hacia atrás, forzando a las partículas a colisionar dentro del entorno de la 'heliosheath' (ahora mucho más denso) que acaba de atravesar. Ahí es donde nacieron los átomos neutros energéticos que IBEX observó.
Las simulaciones proporcionaron un caso convincente: el IBEX efectivamente estaba observando los resultados del aumento de la presión solar del viento de 2014, más de dos años después.
Pero la simulación no se detuvo allí. También reveló que el aumento de la presión del viento solar en 2014, con el tiempo, continuaría haciendo estallar la heliosfera aún más. Tres años después de que la presión del viento solar aumentara, para cuando se publicó el artículo, el choque de terminación, la burbuja interna dentro de la heliosfera, debería expandirse en siete unidades astronómicas, o siete veces la distancia de la Tierra al Sol. La heliopausa, la burbuja exterior, debe expandirse en dos unidades astronómicas, con dos adicionales el año siguiente.
En resumen, al aumentar la presión del viento solar, nuestra heliosfera es hoy más grande que hace unos pocos años.
Utilizando los mismos datos y simulaciones utilizados en el documento anterior, Zirnstein y sus colegas hicieron avanzar el reloj, modelando la heliosfera ocho años después del aumento de la presión del viento solar en 2014. Los resultados describen no solo el pasado, sino también el modelo del futuro. El documento fue publicado el 30 de mayo de 2018 en 'The Astrophysical Journal'.
"Lo que creemos que deberíamos ver en el futuro cercano es un anillo, que se expande por el cielo, marcando el cambio en el flujo de átomos neutros energéticos con el tiempo", dijo Zirnstein. "Este anillo se expande desde el punto de contacto inicial en la heliosfera exterior, hacia las direcciones de la heliocola (la cola del sistema solar)".
