#26 El viento estelar y el modelo de Parker

Como mencioné en un post anterior, presenté un trabajo teórico en la jornada de ciencias de la universidad,  en el que se hicieron simulaciones del modelo de Parker para el viento estelar. En esta ocasión trataré de explicar en términos sencillos de que se trata todo esto.

¿Qué es el viento estelar?

El viento estelar es un flujo de material que desprenden las estrellas de su superficie, principalmente plasma (electrones, protones, partículas alfa) y en ocasiones también moléculas en el caso de las estrellas mas frías.

Se descubrió en los años cincuenta cuando se notó que habían ciertas interferencias en las comunicaciones de radio que se intensificaban cuando el Sol estaba en períodos de mayor actividad, en especial cuando desprendia grandes llamaradas de material (conocidas como eyecciones de masa coronal)  en dirección a la Tierra.

Eyección de masa coronal fotografiada en 2002 por la nave espacial SOHO.

En ese entonces se creía que estas llamaradas barrían el el espacio entre la Tierra y el Sol como largas lenguas de fuego y que al entrar en contacto con la Tierra producen las interferencias. Eso fue hasta 1958, cuando el astrónomo Egene Parker propuso un modelo en el que el Sol emitía este material con simetría esférica, es decir, de la misma forma en todas las direcciones del espacio, en lugar de en lenguas de fuego estrechas y alargadas como se pensaba. A este flujo le llamó el "viento solar". Fué detectado dos años después en 1960 con el advenimiento de la era espacial, gracias a las sondas Lunik 2 de la Unión Soviética y a la mariner 2 de E.E.U.U. comprobándose que encajaba muy bien con las predicciones del modelo de Parker.

El profesor Parker en 2007 (Wikimedia).

¿A qué se debe el viento estelar?

Hay muchas causas, que dependen del tipo de estrella que lo produzca, desde campos magnéticos  hasta ondas sísmicas en la superficie de la estrella. Sin embargo, el principal de ellos (el usado por Parker en su modelo) es el llamado gradiente de presión. Esto es que en la superficie de la estrella tenemos un plasma muy denso a altas temperaturas y por tanto tiene cierta presión. Sin embargo en el espacio vacío mas allá de la superficie de la estrella, la presión es prácticamente cero. Al igual que ocurre en la atmósfera de la tierra cuando se forman vientos en las borrascas que viajan de zonas de altas presiones hacia las de baja presión, también el material de la estrella viaja de la superficie de esta (alta presión) hacia el espacio vacío (baja presión). La forma en que cambia la presión de la estrella hacia el espacio es lo que se conoce como el gradiente de presión, y es la principal causa del viento estelar.

¿Qué sabemos del viento solar?

El viento solar es relativamente fácil de estudiar ya que podemos colocar sondas espaciales que lo midan directamente. Gracias a esto podemos monitorear constantemente sus propiedades y ver como evoluciona según los cambios que se observan en la superficie del Sol

Si bien el modelo de Parker en una primera aproximación pudo explicar bien el viento solar, este considera que el viento es un flujo estacionario, es decir que no cambia con el tiempo, el viento real no lo es, asi que hubo que hacerle modificaciones el modelo de Parker para incluir los efectos del cambio en el tiempo. Esto elevó mucho la complejidad del modelo, ya que además tiene en cuenta el campo magnético solar, el cual es arrastrado durante millones de kilómetros por las partículas cargadas eléctricamente que el mismo viento lleva. Cualquier partícula con carga eléctrica que esté en movimiento, genera un campo magnético. Las lineas de inducción de este campo magnético se juntan con las del Sol, haciendo un solo campo que se extiende tanto como el viento solar. Además, el Sol gira, arrastrando en ese giro las lineas del campo magnético, que se retuercen formando una espiral, que hoy se conoce como "espiral de Parker".

Grafica en la que se aprecia claramente la espiral de Parker según evoluciona elaborada con datos reales tomados por naves espaciales (incluidas sus posiciones en la gráfica). Las líneas punteadas son las líneas de inducción del campo magnético. Se ve como una eyección de masa coronal ocurrida en septiembre de 2011 distorsiona el campo magnético y altera momentáneamente la espiral (clic para ampliar y ver la animación).

El viento solar se extiende hasta encontrarse con el medio interestelar (gas y polvo de la Galaxia que está entre las estrellas). Ahí se produce una onda de choque conocida como la Heliopausa, que marca oficialmente el límite del Sistema Solar, donde el viento solar deja de tener influencia y se une al medio interestelar de la Galaxia a unos 15.000 millones de kilómetros del Sol.

Esta figura muestra la Heliopausa  y la onda de choque que se produce al chocar el viento solar con el medio interestelar. También se muestra la posición relativa de algunas sondas que han alcanzado o están por alcanzar este límite.  

Cuando el viento solar llega a la tierra, interacciona con su campo magnético, deformándolo y estirándolo. Una parte de las partículas del viento queda atrapada en el campo magnético terrestre y son conducidas por este  hacia las regiones polares donde al interaccionar con la alta atmósfera y desacelerarse, producen luces de bellos colores que conocemos como auroras boreales (en el hemisferio norte) y auroras australes (hemisferio sur). El siguiente vídeo fue tomado por el astronauta Mike Fossum abordo de la estación espacial internacional durante las expediciones 28 y 29, donde se ven impresionantes tomas de las auroras vistas desde el espacio.

Además de eso, el estudio del viento solar es muy importante, pues vivimos en una civilización con cierto avance tecnológico que depende mucho del espacio, principalmente para radiocomunicaciones, y cuando el viento solar se intensifica (generalmente cuando una eyección de masa coronal se dirige hacia la tierra) se producen las llamadas tormentas solares, que pueden inducir sobrecalentamiento y descargas eléctricas en los satélites dejándolos fuera de servicio. Es por eso que la vigilancia y estudio del llamado "clima espacial" es muy importante. Y aunque la pérdida de los satélites puede ser algo muy grave, lo cierto es que hay riesgos aun mayores en tormentas realmente fuertes. En 1982 toda la región de Quebec en Canadá quedo durante horas sin suministro eléctrico debido a una tormenta solar. Y pueden haberlas aún mas intensas que dejen a medio planeta sin aparatos electrónicos. Imagínense lo que eso significa para nuestra civilización que depende tanto de la electricidad y los aparatos electrónicos y de los satélites, para la navegación de aviones y barcos, comunicaciones, hospitales donde cada vez mas se usan aparatos electrónicos sin los cuales poco o nada puede funcionar. Por ello es necesario invertir importantes recursos en estudiar el espacio, pues por inmenso que sea nuestro planeta no está aislado de el, y una civilización tecnológica como la nuestra no se puede dar el lujo de ignorarlo (tal vez ne el siglo XIX una tormenta solar por fuerte que fuera no afectaría a nadie mas allá de unas bonitas auroras, pero ahora que dependemos tanto de la electrónica es otra historia).

En la próxima entrega hablaremos de como se puede estudiar el viento en estrellas diferentes de nuestro Sol, y en una última entrega les explicaré  en que consistió exactamente el trabajo que presentamos en la J.U.D.C.