Oscilaciones de largo periodo descubiertas en el Sol

Físicos solares han descubierto oscilaciones globales del Sol con períodos muy largos, comparables al período de rotación solar de 27 días, que se traducen en notas musicales graves y profundas.

Las oscilaciones se manifiestan en la superficie solar como movimientos giratorios con velocidades del orden de 5 kilómetros por hora. Estos movimientos se midieron analizando 10 años de observaciones del Observatorio de Dinámica Solar (SDO) de la NASA.

Utilizando modelos informáticos, los científicos han demostrado que las oscilaciones recién descubiertas son modos resonantes y deben su existencia a la rotación diferencial del Sol. Las oscilaciones ayudarán a establecer formas novedosas de sondear el interior del Sol y obtener información sobre la estructura interna y la dinámica de nuestra estrella.

En la década de 1960 se descubrieron las notas musicales agudas del sol: el sol suena como una campana. Millones de modos de oscilaciones acústicas con períodos cortos, cercanos a los 5 minutos, son excitados por turbulencias convectivas cerca de la superficie solar y quedan atrapados en el interior solar. Estas oscilaciones de 5 minutos han sido observadas continuamente por telescopios terrestres y observatorios espaciales desde mediados de la década de 1990 y los heliosismólogos las han utilizado con mucho éxito para aprender sobre la estructura interna y la dinámica de nuestra estrella, al igual que los sismólogos aprenden sobre el interior de la estrella. Tierra mediante el estudio de los terremotos. Uno de los triunfos de la heliosismología es haber mapeado la rotación del Sol en función de la profundidad y la latitud (la rotación diferencial solar).

Además de las oscilaciones de 5 minutos, se predijo que existían oscilaciones de períodos mucho más largos en las estrellas hace más de 40 años, pero no se habían identificado en el Sol hasta ahora. "Las oscilaciones de largo período dependen de la rotación del Sol; no son de naturaleza acústica ", dice Laurent Gizon, autor principal del nuevo estudio, del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar.

"La detección de las oscilaciones del Sol durante períodos prolongados requiere la medición de los movimientos horizontales en la superficie del Sol durante muchos años. Las observaciones continuas del generador de imágenes magnético y heliosísmico (HMI) integrado en el SDO son perfectas para este propósito", agregó en un comunicado.

El equipo observó muchas decenas de modos de oscilación, cada uno con su propio período de oscilación y dependencia espacial. Algunos modos de oscilación tienen una velocidad máxima en los polos, algunos en latitudes medias y algunos cerca del ecuador. Los modos con velocidad máxima cerca del ecuador son los modos de Rossby, que el equipo ya había identificado en 2018. "Las oscilaciones de largo período se manifiestan como movimientos de remolino muy lentos en la superficie del Sol con velocidades de aproximadamente 5 kilómetros por hora, aproximadamente la velocidad con la que camina una persona", dice el coautor Zhi-Chao Liang.

Para identificar la naturaleza de estas oscilaciones, el equipo comparó los datos de observación con modelos informáticos. "Los modelos nos permiten mirar dentro del interior del Sol y determinar la estructura tridimensional completa de las oscilaciones", explica el estudiante graduado y couator Yuto Bekki. Para obtener las oscilaciones del modelo, el equipo comenzó con un modelo de la estructura del Sol y la rotación diferencial inferida de la heliosismología. Además, la fuerza de la conducción convectiva en las capas superiores y la amplitud de los movimientos turbulentos se tienen en cuenta en el modelo. Las oscilaciones libres del modelo se encuentran considerando las perturbaciones de pequeña amplitud del modelo solar. Las velocidades correspondientes en la superficie concuerdan bien con las oscilaciones observadas y permitieron al equipo identificar los modos.

"Todas estas nuevas oscilaciones que observamos en el Sol se ven fuertemente afectadas por la rotación diferencial del Sol", dice el coautor del estudio Damien Fournier. La dependencia de la rotación solar con la latitud determina dónde los modos tienen amplitudes máximas. "Las oscilaciones también son sensibles a las propiedades del interior del Sol: en particular a la fuerza de los movimientos turbulentos y la viscosidad relacionada del medio solar, así como a la fuerza de la conducción convectiva", dice el coautor Robert Cameron. Esta sensibilidad es fuerte en la base de la zona de convección, a unos doscientos mil kilómetros por debajo de la superficie solar. "Al igual que usamos oscilaciones acústicas para conocer la velocidad del sonido en el interior solar con heliosismología, podemos usar las oscilaciones de largo período para conocer los procesos turbulentos", agrega.

"El descubrimiento de un nuevo tipo de oscilaciones solares es muy emocionante porque nos permite inferir propiedades, como la fuerza de la conducción convectiva, que en última instancia controla la dinamo solar", dice Laurent Gizon.

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