Científicos del IAC resuelven un enigma de física solar de hace 25 años

Científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC, España) y del Instituto de Investigación Solar (IRSOL) de Locarno-Monti (Italia) resolvieron una compleja paradoja de física solar que ha tenido desconcertados a los especialistas en la materia durante varias décadas.

En 1998, la revista “Nature” publicó un artículo en el que se concluía que la misteriosa señal de polarización que dos años antes se había descubierto en la luz emitida por los átomos de sodio de la atmósfera solar implicaba que la cromosfera no podía estar significativamente magnetizada, en contradicción con los resultados vigentes.

Esta paradoja, señala el IAC en un comunicado, motivó experimentos e investigaciones teóricas que, en lugar de dar una solución, originaron nuevas dudas e incluso llevaron a algunos científicos a cuestionar la teoría cuántica de la interacción luz-materia.

La prestigiosa revista “Physical Review Letters” se hace eco este miércoles del trabajo de Ernest Alsina Ballester (IRSOL e IAC), Luca Belluzzi (IRSOL) y Javier Trujillo Bueno (IAC), en el que muestran la resolución de esa paradoja.

Esta investigación abre una nueva ventana para explorar los complejos campos magnéticos de la cromosfera solar en la presente nueva era de grandes telescopios solares.

Hace 25 años, se descubrió una enigmática señal al analizar la polarización de la luz solar con un nuevo instrumento, el Zurich Imaging Polarimeter (Zimpol).

Esta señal de polarización lineal se encuentra a la longitud de onda de la línea D1 del sodio, a 5896 Ångstroms, donde según los números cuánticos, de tal línea se esperaba polarización nula.

Por lo tanto, la observación de tan extraña señal fue totalmente inesperada y motivó un intenso debate científico, destaca el IAC en su nota.

El misterio aumentó dos años después, cuando la revista “Nature” publicó un artículo con una explicación que requería que los subniveles del nivel inferior de la línea D1 estuviesen desigualmente poblados.

Sin embargo, el mecanismo propuesto implicaba que la región de la atmósfera solar conocida como cromosfera no puede estar magnetizada, en seria contradicción con los resultados vigentes, que indican que las regiones en calma (fuera de las manchas solares) de la cromosfera solar están llenas de campos magnéticos con intensidades del orden de varios gauss.

Esto originó una seria paradoja, la cual ha supuesto un reto para los físicos solares durante muchos años, resalta el IAC.

En 2013 se alcanzó un primer hito hacia la resolución de la paradoja del sodio: Luca Belluzzi y Javier Trujillo Bueno descubrieron en el IAC un nuevo mecanismo físico gracias al cual se puede producir polarización lineal en la línea D1 del sodio sin necesidad de suponer diferencias entre las poblaciones de los subniveles del nivel inferior de tal línea espectral.

Sin embargo, el importante paso que dieron estos investigadores fue para el caso idealizado de un modelo de atmósfera solar sin campos magnéticos.

En un artículo publicado ahora en “Physical Review Letters”, la revista científica de la Sociedad Estadounidense de Física, Ernest Alsina Ballester, Luca Belluzzi y Javier Trujillo Bueno muestran la resolución de la paradoja.

Este equipo de investigadores reprodujo la polarización en presencia de campos magnéticos del orden de varios gauss.

Para conseguir este resultado, fue necesario realizar la modelización teórica más compleja de dicha señal jamás antes abordada, teniendo en cuenta la acción conjunta de muchos mecanismos físicos complejos.

Esto exigió tres años de trabajo, dentro del marco de una estrecha colaboración entre el Instituto de Investigación Solar y el grupo POLMAG del Instituto de Astrofísica de Canarias en Tenerife.

Los resultados publicados tienen consecuencias muy importantes, ya que aportan información sobre los campos magnéticos presentes en la cromosfera solar, los cuales son muy difíciles de detectar, apunta el IAC.

Esta región de la atmósfera solar, que se encuentra entre la relativamente fría fotosfera y la extremadamente caliente corona (más de un millón de grados), es clave para solucionar algunos de los retos actuales de la física solar, incluyendo la comprensión y eventual predicción de los fenómenos eruptivos que pueden afectar seriamente el presente mundo tecnológico y digital.

Se sabe que los campos magnéticos son el motor principal de la actividad dinámica de la cromosfera solar, pero el conocimiento sobre su intensidad y geometría sigue siendo insuficiente.

La solución de la paradoja de la misteriosa polarización de la línea D1 del sodio confirma la validez de la actual teoría cuántica de polarización en líneas espectrales y abre una nueva ventana para explorar el magnetismo de la atmósfera solar en la presente nueva era de grandes telescopios solares, concluye el IAC.