La heliosfera

Los científicos elaboran el mejor mapa de la heliosfera

Los investigadores han elaborado el mejor mapa de la heliosfera conocido hasta ahora, obteniendo una nueva visión del viaje que tienen por delante las naves espaciales gemelas Voyager y otras sondas destinadas a un viaje de solo ida al espacio interestelar.

Vivimos en una burbuja llamada heliosfera: Un límite en forma de burbuja entre nuestro sistema solar y el resto de la galaxia formado por un tenue plasma que emana del Sol.

Este gas ionizado fluye hacia afuera a lo largo de las líneas de campo magnético que emergen de nuestra estrella, desplegándose en espirales radiales ligadas a la rotación del Sol.

Aventurarse más allá de donde este viento solar se debilita, chocando contra los mayores flujos de plasma que atraviesan nuestra galaxia es, en un sentido muy real, dejar atrás nuestro sistema solar.

Sin embargo, a pesar de que la heliosfera se conoce y estudia desde finales de la década de 1950, sus confusos límites han salido a la luz hace relativamente poco tiempo, con un descubrimiento sorprendente.

El efecto de «drapeado»

Hace poco más de una década, la Voyager 1 de la NASA transmitió datos que sugerían que finalmente había salido de la heliosfera para ingresar en el espacio interestelar. Pero su medida no cumplió con las expectativas: el campo magnético espiral no se enderezó como se suponía que debía hacerlo si la nave espacial hubiera cruzado la heliosfera.

Heliosfera
Heliosfera

«Retrospectivamente, tenía sentido pensar que debería haber una región de transición donde el campo magnético interestelar se agrupe y cubra la heliosfera«, dice Jamie Rankin, científico adjunto del proyecto de la misión Voyager y físico espacial en la Universidad de Princeton.

Este efecto de «drapeado» es similar a cómo el agua fluye acumulándose alrededor de la proa de un barco y a lo largo de sus costados, hacia la popa. Y al igual que esta estela ondulante puede revelar el contorno de un barco a medida que va surcando el mar, la curvatura de los campos magnéticos interestelares alrededor de la heliosfera, puede proporcionar pistas importantes sobre su tamaño y forma, a medida que nuestra estrella va surcando el espacio interestelar.

Pero exactamente qué aspecto tiene este drapeado y cómo da paso al prístino medio interestelar, son cuestiones que habían permanecido abiertas hasta ahora.

En un estudio publicado recientemente en Astrophysical Journal Letters, Rankin y su equipo de investigadores describen por primera vez una imagen clara de la región drapeada al reunir mediciones independientes de las sondas gemelas Voyager y un modelo del límite entre heliosfera y medio interestelar obtenido del IBEX (Interstellar Boundary Explorer), un satélite de la NASA en órbita terrestre lanzado en 2008.

IBEX, sondeando los límites

La fuerza de las Voyager es que miden directamente los campos magnéticos y cómo estos campos cambian con la distancia a medida que la nave espacial se aleja del Sol. Pero las Voyager solo toman muestras del campo a lo largo de sus trayectorias, lo que ofrece una visión parcial de los límites en evolución de la burbuja.

IBEX
IBEX

IBEX, por otro lado, proporciona una perspectiva general, al detectar las lluvias energéticas de átomos producidas a través de las colisiones entre las partículas del viento solar y las partículas del medio interestelar en el límite de la heliosfera.

Estos datos arrojan una vista remota de conjunto de la superficie de la burbuja en toda su extensión, pero sin mediciones cruciales de distancias relativas.

El problema es que estos dos conjuntos de datos no concuerdan. A lo largo de sus trayectorias de salida de la heliosfera, ambas Voyager ahora miden localmente campos magnéticos que son más fuertes que los valores extrapolados de las observaciones remotas del IBEX del campo magnético «no drapeado» que queda más allá.

Conciliar estos resultados de misiones tan diversas es un poco como tratar de juntar dos piezas de dos grupos de rompecabezas diferentes. «Ha habido mucha discusión sobre por qué los datos de las Voyager no coinciden con los del IBEX», dice Katia Ferrière, astrofísica de la Universidad de Toulouse en Francia, que no participó en el estudio.

Una historia consistente

En el artículo, los investigadores muestran cómo el modelo IBEX y las mediciones de las Voyager cuentan una historia consistente.

A lo largo de la trayectoria de la Voyager 1, los resultados muestran que la fuerza y la dirección del campo, es decir, el «drapeado» alrededor de los bordes de la heliosfera, persistirá durante los próximos 60 años. Esto corresponde a otros 32 mil millones de kilómetros del viaje de la nave espacial, antes de alcanzar finalmente el campo magnético interestelar «no drapeado» predicho por IBEX.

Aplicado a los datos de la Voyager 2, el análisis muestra que esta nave espacial tendrá que viajar el doble de lejos que su gemela para escapar de los campos magnéticos acumulados de la transición de la heliosfera, un viaje de unos 120 años. “Estos resultados pintan una imagen completa”, dice Ferrière, aunque una a la que las misiones futuras aún podrían contribuir.

IMAP, un sucesor para IBEX

Con ese fin, la NASA está planeando el lanzamiento en 2025 de una especie de sucesor del IBEX: la sonda IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe).

Impresión artística de la sonda IMAP. La misión nos ayudará a comprender mejor el flujo de partículas del Sol llamado viento solar, y cómo esas partículas interactúan con el espacio dentro del sistema solar y más allá.
Impresión artística de la sonda IMAP. La misión nos ayudará a comprender mejor el flujo de partículas del Sol llamado viento solar, y cómo esas partículas interactúan con el espacio dentro del sistema solar y más allá.

IMAP producirá mapas de resolución aún más alta de la estructura global de la heliosfera y se superpondrá con las mediciones en curso de las Voyager, que los investigadores esperan que continúen durante la próxima década, a pesar de que ambas Voyager tienen un nivel de potencia eléctrica peligrosamente bajo.

«La combinación de estas mediciones proporcionará la mejor comprensión de la interacción de la heliosfera con el medio interestelar local», dice el coautor del estudio David McComas, físico espacial de la Universidad de Princeton e investigador principal de las misiones IBEX e IMAP.

Futura misión interestelar

Una futura misión interestelar que continúe donde terminaron las Voyager 1 y 2 también podría aclarar aún más la forma compleja de la heliosfera.

«Enviar una nave espacial, por un lado, podría proporcionar una buena perspectiva de cómo se ve esta burbuja en la dirección del viento local y en el lado opuesto, donde la gente habla de que hay una configuración similar a una cola», dice Ralph McNutt, Jr., investigador principal del estudio conceptual de la misión Interstellar Probe y físico espacial en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins.

Y los resultados del estudio de Rankin y su equipo sugieren que los campos magnéticos se acumulan menos hacia el flanco de babor de la heliosfera, lo que significa que una sonda que pasa a través de esta región de transición, a diferencia del drapeado más grueso en el otro lado, podría acceder más rápidamente a la radiación prístina del medio interestelar.

Mapeando la Nube Interestelar Local (LIC)

Obtener muestras del campo magnético interestelar no perturbado también podría ayudar a mapear la distribución y la forma de las nubes interestelares de gas y polvo que rodean nuestro sistema solar, como la Nube Interestelar Local (LIC) que atraviesa actualmente la heliosfera. Las nubes interestelares también pueden estirar y torcer los campos magnéticos circundantes a medida que se mueven.

El viaje solar a través del espacio nos lleva a través de un cúmulo de nubes interestelares de muy baja densidad. Ahora mismo el Sol está dentro de una nube tan tenue que el gas interestelar detectado por IBEX es tan escaso como un puñado de aire estirado sobre una columna de cientos de años luz de largo. Las flechas indican la dirección del movimiento de estas nubes.
El viaje solar a través del espacio nos lleva a través de un cúmulo de nubes interestelares de muy baja densidad. Ahora mismo el Sol está dentro de una nube tan tenue que el gas interestelar detectado por IBEX es tan escaso como un puñado de aire estirado sobre una columna de cientos de años luz de largo. Las flechas indican la dirección del movimiento de estas nubes.

La forma general de la heliosfera se rige por su movimiento a través del LIC, pero su forma exacta también depende de los campos magnéticos locales”, dice Ferrière.

Aunque todavía queda trabajo por hacer para mapear nuestra burbuja y sus alrededores, el estudio de Rankin y su equipo muestra la potencia de reunir mediciones remotas de satélites y naves espaciales in situ.

«Este estudio trata de dar coherencia a las mediciones realizadas para obtener una imagen de conjunto del aspecto que tiene el lugar que ocupamos en la galaxia«, dice Rankin.

Fuente: Scientists Make Best-Yet Map of Solar System’s Interstellar Boundaries

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