Un nuevo tipo de onda acústica de alta frecuencia ha sido descubierta propagándose en el Sol, y parece estar desafiando todo lo que sabemos.
Representación artística de las ondas de vorticidad retrógradas de alta frecuencia (HFR). Estas ondas misteriosas se mueven en dirección opuesta a la rotación del sol (que es hacia la derecha), tres veces más rápido de lo que permite la hidrodinámica. Crédito: NYU Abu Dhabi.
Un equipo del Centro de Ciencias Espaciales de Abu Dhabi de la Universidad de Nueva York analizó 25 años de observaciones espaciales y terrestres de ondas de energía de nuestra estrella anfitriona. Como resultado, descubrieron un nuevo conjunto de ondas que se mueven en la dirección opuesta a la rotación del Sol, viajando inexplicablemente más rápido de lo que era teóricamente posible.
Estas ondas aparecen como un patrón de vórtices, en un movimiento giratorio, en la superficie solar y se mueven a tres veces la velocidad de otros tipos de ondas en la estrella.
Conocidas como ondas retrógradas de alta frecuencia (HFR), brindan una visión sin precedentes del funcionamiento interno de una estrella y algún día podrían conducir a nuevos tipos de física, ya que los estudios de seguimiento intentarán explicar cómo pueden ser tan rápidas.
El interior del Sol, como otras estrellas de su tipo, no puede ser fotografiado por la astronomía convencional, ya sea mediante técnicas ópticas, de rayos X o infrarrojas. Esto significa que los científicos deben confiar en la interpretación de las firmas superficiales de una variedad de ondas de luz para comprender lo que sucede en el interior.
Estas nuevas ondas retrógradas de alta frecuencia —llamadas así por su dirección opuesta— aún pueden ser una pieza importante del rompecabezas en nuestra comprensión de las estrellas.
Más preguntas que respuestas
Las interacciones complejas entre otras ondas bien conocidas y el magnetismo, la gravedad o la convección podrían impulsar las ondas HFR a una velocidad inesperada, predice el equipo.
«Si las ondas HFR pudieran atribuirse a cualquiera de estos tres procesos, entonces el hallazgo habría respondido algunas preguntas abiertas que aún tenemos sobre el Sol», señaló el investigador asociado y autor del estudio, Chris Hanson de la Universidad de Nueva York. «Sin embargo, estas nuevas ondas no parecen ser el resultado de estos procesos, y eso es emocionante porque conduce a un nuevo conjunto de preguntas».
Espectros de energía de las ondas de vorticidad HFR del Sol. Crédito: Chris S. Hanson et al.
Al estudiar la dinámica interior del sol —mediante el uso de ondas—, los científicos pueden apreciar mejor su impacto potencial en la Tierra y otros planetas.
«La existencia misma de los modos HFR y su origen es un verdadero misterio y puede aludir a la emocionante física en juego», acotó Shravan Hanasoge, coautor del artículo. «Tiene el potencial de arrojar información sobre el interior del Sol, que de otro modo no sería observable».
Área nicho
Este tipo de investigación se incluye en un área relativamente específica de la astronomía, conocida como heliosismología, la cual se basa en el estudio de las ondas acústicas que se ven en el Sol. Esto es similar al estudio de las ondas en la Tierra, que puede predecir terremotos.
Con el Sol, el estudio de estas ondas se ha utilizado para comprender más sobre su rotación interior y su estructura, lo que sería imposible utilizando técnicas de observación directa.
Crédito: NASA/SDO/AIA/LMSAL.
Sin embargo, las ondas acústicas son insensibles a cosas como los campos magnéticos, la entropía y la convección —que son fundamentales para las teorías de la dinámica solar—. Para cerrar la brecha, el nuevo equipo utilizó análisis heliosísmicos y de seguimiento de correlación de observaciones terrestres y espaciales para observar otros tipos de ondas dentro de la estrella.
«Pudimos detectar ondas de vorticidad ecuatorialmente antisimétricas, que se propagaban retrógradas a tres veces la velocidad de fase de las ondas de Rossby-Haurwitz del mismo número de onda», escribieron los autores.
Esto se refiere a un nuevo tipo de onda que se arremolina en la dirección opuesta a la rotación del sol y se mueve tres veces más rápido que otros tipos de onda.
Nueva física
Esto no puede explicarse por los mecanismos hidrodinámicos estándar, advirtió el equipo, lo que sugiere que la nueva física podría estar en juego en el interior intenso y enrarecido de estrellas como nuestro Sol.
Primero asumieron que las ondas están siendo excitadas por la fuerza de Coriolis y luego modificadas por campos magnéticos internos, gravedad y compresibilidad, que es cuán comprimida puede estar en un momento dado, según las condiciones del área.
«No obstante, a través de la evidencia observacional y los argumentos teóricos, excluimos estos mecanismos de acoplamiento. La naturaleza aún indeterminada de estas ondas promete una física novedosa y una nueva visión de la dinámica solar», se lee en el estudio.
El equipo dice que ha resultado difícil averiguar dónde encajan las HFR dentro del contexto más amplio de la dinámica solar, ya que es poco probable que pertenezcan al conjunto de características que comúnmente surgen en las teorías estándar.
No solo en el Sol
El Sol no es el único lugar donde se han visto este tipo de ondas, ya que un estudio de hace 30 años encontró ondas de alta frecuencia aún inexplicables en el océano de la Tierra.
Este fenómeno continúa desconcertando a los científicos atmosféricos tres décadas después, a pesar de un gran esfuerzo por explicarlo.
Conocidas como ondas de Rossby oceánicas, se encontraron por encima de las latitudes tropicales y se observó que exhibían velocidades de fase altas, hasta cuatro veces mayores de lo esperado en teoría.
«Es interesante notar la similitud con el Sol, ya que los movimientos fluidos asociados con los modos HFR se ven justo al lado del ecuador», dijo el equipo. «Recurrir a la literatura atmosférica puede ayudarnos a comprender mejor la física que impulsa las ondas HFR, pero comprender la física que las impulsa requerirá estudios teóricos y numéricos cuidadosos, completos y detallados».
Los hallazgos han sido publicados en Nature Astronomy.
