¿Cómo saber lo que hay dentro del Sol?

Elena Khomenko

Hay muchísimas estrellas parecidas al Sol, pero el Sol es especial para nosotros por su cercanía. El Sol es nuestra fuente de luz, calor y alegría. Y permite tener vida en nuestro planeta. Pero además, para los astrónomos, es nuestra estrella laboratorio. La cercanía hace que podamos observar el Sol con muchísimo detalle. Si tuviéramos una isla de Tenerife en su superficie, podríamos verla por medio de un telescopio moderno. Estudiar una estrella tan de cerca es un lujo, pero cualquier lujo hay que pagarlo y por eso los astrónomos solares tenemos que complicar mucho las teorías para explicar prácticamente cualquier cosa que vemos en el Sol. Ah, y otra cosa, el Sol tiene campo magnético. Este campo, generado por un proceso llamado dinamo, hace que el Sol tenga un ciclo de actividad de 11 años, como evidencia del cual vemos manchas solares en su superficie. El campo magnético es igualmente responsable de que se produzcan erupciones violentas, algunas de las cuales vemos llegar hasta la Tierra.

Entonces, ¿cómo podemos saber lo que hay dentro del Sol? En general los estudios de Física pueden dividirse entre teóricos y experimentales. Sin embargo, en Astrofísica no podemos hacer experimentos con nuestros objetos de estudio. Las condiciones dentro de una estrella como el Sol son extremas. En la Tierra no podemos reproducir estas condiciones, ni siquiera en los laboratorios más avanzados. Una de las posibilidades que nos queda es observar la luz solar e interpretarla.

La luz solar tiene diferentes colores. En la atmósfera solar los átomos pueden absorber, o "eliminar", esta luz y por tanto aparecen lo que llamamos líneas espectrales. Si el átomo que ha absorbido la luz está en movimiento, la línea espectral se desplaza por el efecto Doppler y podemos medir así la velocidad del medio. Y si ese átomo se encuentra, por ejemplo, dentro de una mancha solar, la línea espectral se desdobla por el efecto Zeeman del campo magnético, y así también podemos medir las propiedades de este campo. Eso está muy bien, pero lamentablemente así solo podemos saber lo que pasa en menos del 1% del volumen del Sol: en su atmósfera, porque la luz no puede escapar desde debajo de la superficie. Para remediarlo se utiliza información que proporcionan las ondas sonoras. En la Tierra hay que esperar terremotos para poder tener estas ondas por debajo de su superficie, pero el Sol las produce todo el tiempo. Solo hay que medirlas. Esta técnica se llama heliosismología y gracias a ella sabemos hoy en día la temperatura que hay dentro del Sol, qué átomos lo componen o cómo rota por dentro. Como ejemplo prominente, la heliosismología ha permitido descubrir que el Sol rota como un cuerpo gaseoso solo a partir del 70% de su radio. A profundidades mayores rota como un cuerpo sólido. Todavía queda explicar por qué es así.

Por otro lado, y esto es relativamente reciente, sí que se ha encontrado una forma de experimentar con el Sol, y se hace de forma virtual. Hacemos experimentos por medio de simulaciones numéricas. Conociendo las complejas ecuaciones que describen la evolución de la atmósfera solar podemos resolverlas con ordenadores potentes y construir modelos. Es como hacer la predicción del tiempo. De hecho, las ecuaciones son muy parecidas. En esto gasto el tiempo la mayor parte de mis días: lanzar experimentos dentro del ordenador, variar los parámetros, estudiar fenómenos de diferente grado de complejidad. Los modelos requieren mucha resolución, porque permiten captar detalles cruciales de cómo se transporta y se libera la energía. Cada vez hacen falta ordenadores más grandes, más rápidos y más potentes. Son máquinas que tienen miles de procesadores, como el superordenador MareNostrum en Barcelona o el TeideHPC en el ITER, aquí en Tenerife. Esta misma resolución es lo que se persigue observando el Sol con un telescopio. Actualmente, la resolución que alcanzamos en el ordenador supera la de las observaciones y tenemos que degradar los modelos numéricos para poder compararlos con lo que vemos con los telescopios. Para un ojo no entrenado, hoy en día es difícil de distinguir una imagen de la superficie solar real de una producida por ordenador. Sin embargo, no es así ni de lejos para las capas solares más externas, cromosfera y corona, allí donde se originan las tormentas solares.

¿Cuál es el futuro? Queda muchísimo por saber sobre el Sol. No sabemos cosas tan básicas como por qué el ciclo solar es de 11 años y no de 5 o 20. No sabemos por qué las manchas solares tienen la forma que tienen y no sabemos qué las hace aparecer y desaparecer. No sabemos con exactitud en qué momento se va a producir una erupción y qué consecuencias tendrá para la Tierra. La física de estos procesos está en los detalles y por eso en el futuro queremos ver más y mejor. Por esta razón, en el grupo solar del Instituto de Astrofísica de Canarias apostamos por el telescopio solar más grande, el EST en Canarias. Pero sabemos con seguridad que nos planteará nuevos enigmas. Para estar preparados tenemos que tener modelos con el nivel de complejidad suficiente. Estamos en ello.