Los científicos detectan el nivel más alto

Se acaba de detectar la luz más energética jamás vista emanando del Sol, creando un nuevo enigma que los físicos solares deben resolver.

Una campaña de observación de seis años realizada por más de 30 instituciones en América del Norte, Europa y Asia ha dado como resultado la primera detección de radiación gamma solar en el rango de teraelectronvoltios (TeV).

Pero, contrariamente a lo que cabría esperar, no se correlacionó con una mayor actividad solar; o, de hecho, cualquier actividad solar. Más bien, el Sol estaba bastante tranquilo en el momento de la detección, y nuestros modelos actuales del Sol no pueden explicarlo.

El Sol es la estrella más intensamente estudiada del cosmos. Disponemos de observaciones que abarcan todo el espectro, desde ondas de radio de baja frecuencia hasta la luz más energética del Universo, la radiación gamma. Sin embargo, hay muchas cosas que no sabemos sobre nuestra estrella local. Los detalles sobre sus procesos aún se nos escapan.

Sabemos que los campos magnéticos son importantes y desempeñan un papel crucial en prácticamente toda la actividad solar que observamos, pero sus mecanismos no se conocen bien. Estudiamos la luz emitida por el Sol para intentar obtener una comprensión más profunda.

El observatorio High Altitude Water Cherenkov (HAWC) en México es una de las herramientas que utilizamos para estudiar la radiación gamma y cósmica procedente del espacio que choca con la atmósfera terrestre.

La atmósfera impide que esta radiación llegue a nosotros, pero al hacerlo puede producir partículas de alta energía que pueden detectarse en la oscuridad, y su energía y dirección de rayos gamma se pueden calcular a partir de esa detección.

"HAWC es uno de los pocos detectores capaces de observar el Sol en el rango TeV", escribe la colaboración internacional HAWC que realizó la investigación. "Su gran campo de visión y su alta fracción de tiempo de vida permiten una exposición continua mientras el Sol transita por el cielo".

En los datos recopilados utilizando HAWC entre 2014 y 2021, los investigadores detectaron emisiones que oscilaban entre 0,5 y 2,6 TeV (un TeV equivale a un billón de electronvoltios) procedentes de la dirección del Sol. Su nuevo proceso de análisis determinó que esta emisión provenía del Sol, con una probabilidad de 6,3 sigma.

No es la luz de mayor energía jamás vista en el espacio. Ese récord pertenece a una observación de rayos gamma de 450 TeV provenientes de la Nebulosa del Cangrejo hace varios años. Pero es un nuevo éxito para nuestra propia estrella.

"Después de analizar datos de seis años, surgió este exceso de rayos gamma", dice Mehr Un Nisa, físico de astropartículas de la Universidad Estatal de Michigan.

"Cuando lo vimos por primera vez, pensamos: 'Definitivamente lo arruinamos. El sol no puede ser tan brillante con estas energías'".

Sabemos que a veces el Sol se pone ruidoso. Ataque con erupciones solares y eyecciones de masa coronal. Pero el Sol no sólo emite luz. También lo golpea. Los rayos cósmicos de la galaxia más amplia fluyen constantemente a través del espacio. Aquí en la Tierra, estos rayos cósmicos interactúan con la atmósfera para producir un brillo de rayos gamma.

Se cree que ocurre un proceso similar en el Sol. Los rayos cósmicos galácticos chocan con los núcleos de la atmósfera solar, en el rango de los gigaelectronvoltios (mil millones de electronvoltios).

El equipo cree que la emisión de TeV probablemente sea el resultado de esta interacción. También echaron un vistazo a los datos de GeV recopilados por HAWC y el telescopio espacial de rayos gamma Fermi LAT de la NASA, y descubrieron que la emisión de GeV era más brillante y copiosa de lo esperado durante los períodos de calma del Sol.

Lo que no sabemos es cómo la emisión se vuelve tan brillante. No coincide con los modelos teóricos. Dado lo pésimo que es el Sol con campos magnéticos desordenados, es probable que desempeñen un papel. De hecho, un artículo publicado a principios de este año propuso que los campos magnéticos solares actúan como aceleradores de electrones de rayos cósmicos para producir radiación gamma sincrotrón.

Sin embargo, será necesario realizar más modelos para determinar exactamente cómo se logra esto.

"Los modelos de interacciones de rayos cósmicos en el Sol... ya subestiman el flujo de rayos gamma observado desde el Sol en el rango GeV", escribe la Colaboración HAWC. "Nuestras observaciones resaltan la necesidad de un marco revisado que pueda explicar el exceso anómalo de rayos gamma del Sol también en el rango de TeV".

La investigación ha sido publicada en Physical Review Letters.