Aportan la prueba definitiva de cómo se crean las espectaculares auroras boreales
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Aportan la prueba definitiva de cómo se crean las espectaculares auroras boreales

Aurora Boreal (Europa Press)

La investigación concluye una búsqueda de décadas para demostrar experimentalmente los mecanismos físicos de la aceleración de los electrones por las ondas Alfven.

La forma en que se crean las auroras boreales, aunque teórica, no se había demostrado de forma concluyente hasta ahora. Un nuevo estudio de un equipo de físicos dirigido por la Universidad de Iowa, en Estados Unidos, aporta ahora pruebas definitivas de que las auroras más brillantes son producidas por potentes ondas electromagnéticas durante las tormentas geomagnéticas.

 

El fenómeno, conocido como ondas Alfven, acelera los electrones hacia la Tierra, haciendo que las partículas produzcan el conocido espectáculo de luz atmosférica, según publican en la revista 'Nature Communications'. La investigación concluye una búsqueda de décadas para demostrar experimentalmente los mecanismos físicos de la aceleración de los electrones por las ondas Alfven en las condiciones correspondientes a la magnetosfera auroral de la Tierra.

 

"Las mediciones revelaron que esta pequeña población de electrones sufre una 'aceleración resonante' por el campo eléctrico de las ondas Alfven, similar a la de un surfista que coge una ola y se acelera continuamente a medida que el surfista se mueve junto con la ola", dice Greg Howes, profesor asociado del Departamento de Física y Astronomía de Iowa y coautor del estudio.

 

Los científicos saben que las partículas energizadas que emanan del Sol, como los electrones que corren a unos 72 millones de kilómetros por hora, se precipitan a lo largo de las líneas del campo magnético de la Tierra hacia la atmósfera superior, donde chocan con las moléculas de oxígeno y nitrógeno, llevándolas a un estado de excitación. Estas moléculas excitadas se relajan emitiendo luz, produciendo los coloridos matices de la aurora.

 

La teoría se vio respaldada por las misiones de las naves espaciales, que con frecuencia encontraron ondas Alfven viajando hacia la Tierra por encima de las auroras, presumiblemente acelerando los electrones por el camino. Aunque las mediciones espaciales habían apoyado la teoría, las limitaciones inherentes a las mediciones de las naves espaciales y los cohetes habían impedido una prueba definitiva.

 

Los físicos pudieron encontrar pruebas confirmatorias en una serie de experimentos llevados a cabo en el Gran Dispositivo de Plasma (LPD) de la Instalación de Ciencias Básicas del Plasma de la UCLA, una instalación nacional de investigación en colaboración apoyada conjuntamente por el Departamento de Energía de Estados Unidos y la Fundación Nacional de Ciencia.

 

"La idea de que estas ondas pueden energizar los electrones que crean la aurora se remonta a más de cuatro décadas, pero esta es la primera vez que hemos podido confirmar definitivamente que funciona --afirma Craig Kletzing, profesor del Departamento de Física y Astronomía de Iowa y coautor del estudio--. Estos experimentos nos permiten realizar las mediciones clave que demuestran que las mediciones espaciales y la teoría explican, efectivamente, una de las principales formas en que se crean las auroras".

 

El fenómeno de los electrones "surfeando" sobre el campo eléctrico de una onda es un proceso teórico conocido como amortiguación de Landau, propuesto por primera vez por el físico ruso Lev Landau en 1946. Mediante simulaciones numéricas y modelos matemáticos, los investigadores demostraron que los resultados de su experimento coincidían con la firma predicha para el amortiguamiento de Landau.

 

La concordancia entre el experimento, la simulación y la modelización proporciona la primera evidencia directa de que las ondas Alfven pueden producir electrones acelerados, causando la aurora, explica Troy Carter, profesor de física de la UCLA y director del Instituto de Ciencia y Tecnología del Plasma de la UCLA.

 

"Este desafiante experimento requirió una medición de la pequeñísima población de electrones que se mueven por la cámara del LPD casi a la misma velocidad que las ondas Alfven, y que son menos de uno entre mil de los electrones del plasma", señala Carter.

 

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