Las simulaciones reproducen las complejas fluctuaciones de la señal de rayos X suaves detectada por los satélites

Los modelos capturan cómo se observan los eventos de intercambio de carga del viento solar.

Investigadores de Universidad Metropolitana de Tokio utilizaron métodos numéricos para modelar las variaciones observadas en las señales de rayos X suaves detectadas por los satélites de rayos X. Analizaron los datos del telescopio Suzaku y los compararon con el modelado de los vientos solares que interactúan con las partes más altas de nuestra atmósfera. Lograron capturar cómo la señal variaba con el movimiento orbital del satélite, con implicaciones sobre cómo se pueden hacer predicciones para futuros experimentos con satélites.

En la década de 1990, el telescopio de rayos X orbital alemán ROSAT comenzó a detectar grandes variaciones en las señales en la parte de rayos X suaves del espectro que duraba aproximadamente un día. Estos eran similares al abundante flujo de rayos X blandos del cometa Hyakutake descubierto casi al mismo tiempo. Se ha propuesto que se deben al viento solar, las corrientes de partículas cargadas del sol y cómo interactúan con los iones neutros en los extremos superiores de nuestra atmósfera, o la geocorona. Observaciones más detalladas en la década de 2000 confirmaron los espectros reveladores de estos eventos, conocidos como eventos de intercambio de carga de viento solar (SWCX), y el mecanismo en sí ha sido ampliamente aceptado.

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Variaciones en el flujo de protones y fotones durante un evento de intercambio medido por Suzaku. El modelo (rojo) parece reproducir fielmente las variaciones observadas en el experimento. Crédito: Universidad Metropolitana de Tokio

Sin embargo, modelar cómo el viento solar da lugar a las mediciones realizadas por los telescopios en órbita ha demostrado ser mucho más difícil. Esto requiere capturar con éxito la llegada de los eventos de viento solar, cómo las partículas cargadas interactúan con los átomos neutros y cómo esto afecta la magnetosferasin mencionar cómo estos fenómenos se combinan para dar lugar a la variación de la señal observada en el tiempo y el espacio por los satélites.

Ahora, un equipo dirigido por el profesor asociado Yuichiro Ezoe de la Universidad Metropolitana de Tokio ha logrado unir estos aspectos para crear un modelo que puede reproducir con éxito la variación de la señal a lo largo del tiempo. El equipo se centró en los datos de Suzaku, un satélite telescopio de rayos X lanzado en 2005 por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón. A diferencia de otros satélites, Suzaku se encuentra en una órbita más baja, lo que le permite observar las cúspides polares de la magnetosfera, donde los vientos solares se desvían con fuerza. Una de las fortalezas del trabajo del equipo no es solo la amplia gama de eventos astrofísicos que pueden recopilar, sino también qué tan bien se pueden mapear en datos reales.

El modelo mostró una excelente coincidencia con los datos experimentales, reproduciendo la señal observada hasta un factor de dos, una hazaña impresionante en el campo. Además, pudieron reproducir las variaciones particularmente fuertes en la señal cuando la línea de visión del satélite se alineaba con las cúspides polares. Ha habido algunas excepciones notables, como cuando se observó una gran tormenta geomagnética; sin embargo, una reproducción exitosa de las variaciones es muy prometedora para predecir los resultados de la próxima generación de observaciones de rayos X en el espacio.

Referencia: «Modelado de eventos de intercambio de carga de viento solar geocoronal detectados con Suzaku» por Daiki Ishi, Kumi Ishikawa, Yoshizumi Miyoshi, Naoki Terada y Yuichiro Ezoe, 12 de diciembre de 2022, Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Japón.
DOI: 10.1093/pasj/psac095

Este trabajo fue apoyado por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia KAKENHI Grant Numbers 19J20910 y 21H04972.