Un equipo internacional de astrofísicos ha detectado una señal que correspondería a la huella de los modos gravitatorios del Sol, buscados desde los orígenes de la Sismología Solar en los años setenta. Para ello, se han analizado casi once años de datos del instrumento GOLF (Global Oscillations at Low Frequency), que viaja a bordo del satélite SOHO (Solar Heliospheric Observatory).

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Para interpretar la estructura detectada, se ha recurrido a los modelos más avanzados de rotación del interior del Sol. La conclusión es que el núcleo solar, que resulta girar más rápidamente que el resto de la estrella, no lo hace a la enorme velocidad predicha por las teorías de evolución estelar. 

Han participado en esta investigación, miembros del Grupo de Sismología Solar y Estelar del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna, entre los que se encuentran Sebastian Jiménez-Reyes, Pere L. Pallé y Antonio Eff-Darwich; así como astrofísicos del Max Planck Institut für Astrophysik, Observatoire de la Cote d’Azur y del Service d’Astrophysique (SAp/DAPNIA). A este último pertenece Rafael García, primer autor del artículo y anteriormente investigador del IAC.

Dicho resultado incide en el conocimiento actual en astrofísica estelar, así como en las teorías de formación del Sistema Solar. Será publicado el próximo jueves, 3 de mayo, en la revista electrónica Science Express.

La sismología del Sol, o heliosismología

En el pasado, las estrellas sólo podían estudiarse a través de la radiación que emitían, que procede únicamente de sus capas más externas. Por ello, su interior era un gran desconocido. La situación cambió en 1979, con el comienzo de la heliosismología. Esta ciencia, cuyas técnicas son parecidas a las de la sismología terrestre, permite extraer información de las zonas del interior del Sol en que se propagan las ondas sísmicas.

Existen dos tipos de modos de vibración: los modos de presión (modos p) y los modos de gravedad (modos g). Los modos p han permitido caracterizar desde el punto de vista sismológico casi el 80% del Sol, partiendo de su superficie, lo que equivale a 500.000 km en radio, pues se desplazan por toda la estrella. Sin embargo, pocos alcanzan el núcleo, donde además se detectan con un nivel de ruido tan grande que no proporcionan información precisa.

Hasta ahora se conocía teóricamente la existencia de los modos g, pues salen del mismo formulismo matemático que los p. Aunque hace treinta años que se buscan, no habían sido detectados antes pues los datos suministrados por las redes de instrumentos terrestres, que se turnaban para la observación continua del Sol, no tenían suficiente calidad. Ha habido que esperar a la llegada del satélite SOHO, situado fuera de la atmósfera terrestre, con lo que evita la distorsión atmosférica, y lo bastante alejado de nuestro planeta de modo que para él no se ponga el Sol.

El observatorio solar SOHO

Como resultado de la colaboración entre la ESA y la NASA, se construyó en la década de los noventa el satélite SOHO, puesto en órbita el 2 de diciembre de 1995. Desde el punto de Lagrange L1 donde se posicionó, lleva once años midiendo las oscilaciones solares casi ininterrumpidamente. A bordo viaja el instrumento hispano-francés GOLF, especialmente diseñado para detectar modos de oscilación solares. Estos se aprecian por el efecto Doppler causado por el acercamiento o alejamiento rítmico de la superficie del Sol en un amplio espectro de frecuencias. 

Para diferenciar los modos, se buscan pautas que sean constantes en el tiempo (las oscilaciones), pues el ruido no mantiene su propiedades: aparece y desaparece de un modo aleatorio. En los once años de datos de SOHO, se ha encontrado un patrón en la señal oscilatoria constante que, desde el punto de vista teórico, se corresponde con el de los modos g.

Los esquivos modos gravitatorios

El artículo que se publica ahora en Science demuestra por primera vez que es posible detectar las señales sísmicas provenientes de los modos que se propagan en el núcleo solar.

Las propiedades de las ondas p y g dependen de la composición, temperatura y densidad solares. El método inverso utiliza las frecuencias medidas para deducir las propiedades del interior del Sol, que es capaz de vibrar de millones de formas distintas a la vez. Hay millones de modos p, y se cree que debe haber un número similar de g, pero todavía no han podido ser detectados individualmente .

En palabras de Pere L. Pallé, investigador principal del grupo de Sismología Solar del IAC y coautor del artículo, “reconocer un patrón puede ser más efectivo que intentar aislar los componentes individuales, en este caso los modos, especialmente cuando la relación señal-ruido es próxima a la unidad ”.

Un núcleo solar más lento de lo esperado

Hasta ahora los modelos de evolución mostraban que el núcleo solar debía de girar a gran velocidad, pero los resultados obtenidos excluyen una rotación tan rápida. Sería posible un ligero aumento de velocidad de entre dos y cinco veces, pero no el predicho teóricamente. Que su núcleo gire más lentamente de lo esperado, implica la existencia de un mecanismo de freno, que podría consistir en un campo magnético fósil, remanente del colapso inicial de la estrella. 

La importancia de dicho resultado en el campo de la evolución estelar es enorme, pues cambia el concepto que se tenía de la vida de las estrellas desde su nacimiento hasta que comienzan la quema de combustible, y podría ayudar a precisar los modelos que explican donde se concentra el campo magnético. Pallé confía en que permita una búsqueda más orientada de los modos g individuales, y que ello posibilite un estudio detallado de las condiciones físicas en el núcleo solar.

El grupo de Sismología Solar del IAC fue pionero en esta disciplina. En 1979 estableció, conjuntamente con investigadores de la Universidad de Birmingham, el carácter global de la oscilación de 5 minutos, conocida desde los años sesenta, como correspondiente a modos propios de oscilación del Sol. Dicho descubrimiento marcó el inicio y posterior desarrollo de la heliosismología.

Referencias del estudio:

“Tracking solar gravity modes: the dynamics of the solar core”. Aceptado por la revista Science el 19 de abril de 2007. Publicado en Science Express (http://www.sciencexpress.org) el 3 de mayo de 2007.

Enlaces relacionados:

• Información en Science Express
• Información en SOHO ESA/NASA
• CEA press release
• Service d'Astrophysique CEA web page

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