Chorros de plasma de alta velocidad: origen descubierto

Durante mas de una década, misteriosos chorros de plasma de alta velocidad observados en el espacio, chocaban contra la Tierra. El mecanismo subyacente a estos chorros ha sido descubierto, gracias a los datos recogidos por los 4 satelites Cluster de la ESA. El estudio también sugiere que este mecanismo podria ser más importante que otros choques astrofísicos.

Órbita de los satélites Cluster el 17 de marzo de 2007.

En el verano de 2000 los 4 satélites Cluster estaban realizando el primer mapa tridimensional de la magnetosfera de la Tierra. Durante la segunda extensión de la misión (2005-2009), Cluster exploró regiones de la magnetosfera que no fueron originalmente incluidas en la primera misión, debido a la evolución natural de su órbita polar nominal.

El 17 de marzo de 2007, los cuatro satélites viajaban en una órbita que cruzaba la región magnetosférica más cercana al Sol, conocida como Magnetopausa Subpolar. Un poco más tarde de las 17:00 UT, salían de la magnetosfera terrestre. Cinco horas y media más tarde cruzaban el arco de choque de la Tierra a una distancia aproximada de 100.000 kilómetros de nuestro planeta. El arco de choque es la envoltura donde el permanente flujo de partículas solares -viento solar- es decelerado, de 500 km/s a 100-300 km/s.

"Entre las 17:00 y las 20:00 UT, los instrumentos de Cluster observaron chorros de plasma de alta velocidad detrás del arco de choque con una velocidad cercana a los 500 km/s", dijo Heli Hietala estudiante de la Universidad de Helsinki en Finlandia, y autor principal del estudio que fue publicado el 11 de diciembre de 2009 en un numero de la revista Physical Review Letters.

"La velocidad de estos chorros era muy parecida a la velocidad de llegada del viento solar (aproximadamente 530km/s), como si el arco de choque no fuera capaz de ralentizar el viento solar como normalmente haría", añade Hietala.

En un detallado analisis, Hietala y los otros coautores defendieron convincentemente que estos chorros son provocados por las ondas que se pasan a través del arco de choque de la Tierra. Esta onda de choque produce 2 efectos principales.

Primero, una 'abolladura' -producida por la onda- induce una región de alta densidad en la corriente de bajada del choque. Segundo, localmente cambia el ángulo entre la normal del choque y la dirección del viento solar. Cuando el angulo es mayor, en los bordes de la onda, el viento solar pasa a través del arco de choque de la Tierra sufriendo sólo efectos menores. En particular, apenas es ralentizado y continúa a alta velocidad a través de la magnetosfera. Esto produce la creación de una segunda corriente (local) de bajada, esto fue observado por Cluster antes de las 18:15 UT. La alta densidad junto con la alta velocidad llevan a un chorro de altas presiones dinámicas.

"Este mecanismo que hemos propuesto para generar chorros de alta velocidad no sólo está de acuerdo con las medidas obtenidas por Cluster sino también con todas las medidas de las que se ha informado hasta el momento",dijo Tiera Laitinen, coautora del estudio e investigadora de postdoctorado del Instituto Sueco de Física Espacial, Uppsala, Suecia.

El descubrimiento de este mecanismo fue posible porque Cluster estaba en el lugar apropiado en el momento justo para observar los chorros. Además, tener varios satélites trabajando juntos proporcionó pistas adicionales. Por ejemplo, la distancia entre dos satélites era de sólo 950 kilómetros. Dado que sus observaciones fueron muy similares, esto proporcionó inmediatamente un límite inferior de la escala espacial del chorro, de aproximadamente 1.000 kilómetros. La estructura tridimensional de la onda analizada en este trabajo será tema de un posterior estudio.

Características de la heliosfera.

Este resultado no sólo se puede aplicar al arco de choque de la Tierra sino también a otros arcos de choque. Cuando Voyager 1 y Voyager 2 cruzaron el choque final heliosférico, en 2004 y 2007 respectivamente, sus observaciones también revelaron una onda de choque incluso cuando los chorros de alta velocidad no habían sido descubiertos. En un contexto astrofísico, estos chorros pueden actuar como 'semillas' para la amplificación de los campos magnéticos y la aceleración de partículas en la corriente de las ondas explosivas de una supernova. Alguna de estas ondas explosivas son producidas por la muerte de estrellas masivas, las cuales terminan su vida como estrellas de neutrones.

"Explicar un fenómeno que ha sido observado durante mas de 10 años pero cuyo origen se desconocía es emocionante. Este resultado es un inesperado éxito científico para la misión", dijo Philippe Escoubet, Director de la Misión Cluster de la ESA.

Fuente