OBSERVACIÓN SIMULTÁNEA DE NEUTRONES SOLARES EN ASOCIACIÓN CON UNA FULGURACIÓN SOLAR DEL 7 DE SEPTIEMBRE DE 2005
E. Ricaldil, P. Miranda', R. Bustos', R. Ticonal , O. Burgoa3, D. López3, Y. Matsubara2
'Instituto de Investigaciones Físicas, Universidad Mayor de San Andrés, La Paz—Bolivia
2Solar Terrestrial Environment Laboratory, Nagoya University, Nagoya—Japan
3 Carrera de Física, U.M.S.A., La Paz—Bolivia
RESUMEN
El 7 de Septiembre de 2005 a las 17:36:40 (GMT) se produjo una fulguración solar registrada por el Telescopio de Neutrones Solares (TNS) y el Monitor de Neutrones (12NM-64) a las 17:40 (GMT), que fué verificado por el satélite GOES[1]. Se observa una correlación del evento entre los datos del experimento de Chacaltaya y los del Observatorio Geomagnético de Patacamaya, ambos del Instituto de Investigaciones Físicas de la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA).
Descriptores: Neutrones Solares, Crochets Magnéticos.
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1. INTRODUCCIÓN
Las partículas energéticas son generadas y aceleradas por fenómenos astronómicos conocidos, tales como: supernovas, estrellas de neutrones, núcleos galácticos activos, fulguraciones solares, etc.
El Sol es una estrella típica y como es difícil observar otras estrellas en detalle, el estudio del Sol es una de las tareas más importantes de la astrofísica. La siguiente estrella más próxima está a 4.3 arios luz de distancia, unas 105 veces la distancia de la Tierra al Sol, por lo que el entendimiento del Sol nos puede decir mucho acerca de la estructura y actividad de otras estrellas en el Universo.
El Sol tiene una estructura dinámica compleja. Sus principales características son mostradas en la Tabla 1.
TABLA 1
Características del Sol
El Sol produce explosiones conocidas como fulguraciones solares, las cuales están físicamente relacionadas con las manchas solares. La observación sistemática de las fulguraciones solares con espectro-Heliógrafos permiten la observación de fulguraciones en el rango H. Los satélites que observan rayos X concretaron que las fulguraciones solares generan ondas electromagnéticas a lo ancho de todo el espectro, desde ondas de Radio hasta frecuencias de rayos -y.
Las partículas aceleradas en una fulguración solar pueden emitir °Mas electromagnéticas (OEM) y partículas secundarias las cuales interactúan con la atmósfera solar. Las OEM son producidas por emisión sincrotrónica en el intenso campo magnético de la corona solar, mientras que los rayos X son producidos por la interacción de electrones acelerados con la atmósfera solar mediante el fenómeno de bremsstrahlung. De manera similar los rayos -y y los neutrones son producidos por la interacción de iones acelerados con la atmósfera solar.
]]> No está bien entendido como las partículas de la fulguración solar son aceleradas sin embargo los neutrones solares y los rayos -y producidos en una fulguración solar son inmunes a los campos magnéticos por lo tanto ellos retienen información sobre la posición de su origen y el tiempo de aceleración permitiéndonos entender mejor los mecanismos de aceleración.2. ORGANIZACIÓN EXPERIMENTAL
2.1. Detector de Neutrones Solares
El detector de neutrones solares está ubicado en el Monte Chacaltaya (68°0, 16.2° S, 5250 m s.n.m.) y está en funcionamiento desde el 21 de Septiembre de 1992. Consiste de cuatro contadores de centelleo plástico de 1 m2 de área y 40 cm de espesor además de un anticontador para vetar partículas. cargadas (ver figura 1).
El anti-contador consiste de 17 centelladores, cada uno de 220 cm x 46 cm de área y 1 cm de espesor. El tamaño de los fotomultiplicadores (PMT) usados en los contadores de centelleo es de 12.7 cm, modelo R877, y de 5.1 cm, modelo R329 para el anti-contador. Las energías de los protones de retroceso son discriminadas dentro de
Figura 1. Vista esquemática del Detector de Neutrones Solares.
cuatro niveles: > 40 MeV,> 80 MeV,> 160 MeV y > 240 MeV, medidas mediante la altura de pulso generado a la salida del fotomultiplicador.
2.2. Observatorio Geomagnético de Patacamaya
Está ubicado en la localidad de Patacamaya distante a 110 km de la Ciudad de La Paz, sus coordenadas son 17'15'57"S, 67°57'07" 0, a 3789 m s.n.m., opera desde 1983. En este laboratorio se cuenta con un variómetro, un teodolito magnético y un magnetómetro de protones. El variómetro toma los datos de las variaciones diarias de los elementos H, D, Z, del campo magnético terrestre, siendo la más sensible la componente H.
]]> 3. RESULTADOSEn la figura 2 se muestran los contajes registrados por el Detector de Neutrones Solares y el Monitor de Neutrones 12-NM64. La figura 3 muestra una anomalía notable (crochet) en la componente H del campo magnético de la Tierra que correlaciona perfectamente con el evento registrado por el TNS y el 12NM-64 de Chacaltaya. Además incluye el registro correspondiente al paso por la Tierra de la nube de plasma emitida por el Sol, el día 9 de septiembre de 2005.
La figura 4 muestra el incremento del flujo de rayos X detectado por el satélite GOES[1].
La Tabla 2 incluye algunos de los datos principales que se pueden leer de los registros.
4. CONCLUSIONES
Como se indicó en la introducción las fulguraciones solares pueden acelerar iones a altas energías, los cuales al interaccionar con la atmósfera solar producen rayos x y rayos gamma como también neutrones secundarios vía diferentes interacciones nucleares. Un neutrón libre (es decir no unido al núcleo) tiene una vida de decaimiento de 886 segundos (14min y 45s) que es comparable al
Figura 2. Registro del evento del 7 de Septiembre de 2005 mediante el Detector de Neutrones Solares TNS (arriba) y el Monitor de Neutrones 12-NM64 (abajo), horas 17:40 tiempo universal.
tiempo de viaje de la luz del Sol hasta la Tierra 499 segundos (8min y 20s), entonces solamente los neutrones más rápidos (los que se mueven con velocidades relativistas) podrán alcanzar la Tierra antes de decaer en protones y electrones.
Figura 4. Incremento del Flujo de Rayos X detectado por el satélite GOES [1].
Debido a que los neutrones no son afectados por los campos magnéticos del Sol éstos mostrarían directamente el espectro de energías de los iones acelerados y también podrían ayudar a determinar el tiempo de producción de los neutrones, el cual sería el mismo que el tiempo de aceleración de los iones.
La energía de los neutrones solares fué estimada mediante el tiempo de vuelo y estaban entre 25 y 400 MeV debido a que fue una fulguración intensa de larga duración de emisión de neutrones. El tiempo de vuelo de los neutrones solares más energéticos fue estimado en llmin 40s con una velocidad de 214300 km/s.
El momento en que se produce la fulguración solar, el Sol apuntaba directamente sobre Bolivia entonces el laboratorio de Chacal taya y Patacamaya estaban en muy buena posición para observar los neutrones solares.
Los protones y electrones producto del decaimiento de los neutrones solares interactuan con el campo magnético de la Tierra(efecto de la fulguración solar sobre los elemento del campo magnético terrestre) produciendo un sistema de corriente eléctrica de enganche que resulta siendo una desviación del sistema de corriente ionosférica que produce la variación magnética denominada variación diaria solar, Sq.
La corriente eléctrica de enganche produce la anomalía magnética denominada: anomalía de enganche (geomagnetic crochet) que es una variación magnética rápida con características similares al comportamiento de los neutrones registrados en el TNS y 12NIVI-64 de Chacaltaya.
Como las velocidades de viaje de los neutrones son relativistas, éstos pueden penetrar profundamente en la magnetósfera hasta la superficie de la Tierra, pero los protones y electrones producto de su decaimiento interactuan con los átomos e iones de la ionósfera que seguramente ofrecen buenas condiciones para que sucedan las colisiones rápidas necesarias para producir la denominada minada corriente eléctrica de enganche, lo que a su vez crean campos magnéticos adicionales que observamos en el registro.
]]> La fulguración solar desprendió una nube de plasma que tardó id 17h y 27min en llegar a la Tierra, lo hizo a una velocidad de cerca de 1005 km/s y tuvo una extensión de 12964300 km, produjo una disminución en la intensidad de la componente H del campo magnético de la Tierra por un intervalo de tiempo de 3 horas 35 minutos en el Observatorio de Patacamaya (baja latitud, laboratorio casi ecuatorial) en horas de la madrugada local (es decir cuando el observatorio no daba de frente a la nube de plasma solar).TABLA 2
Parámetros obtenidos de los registros y
constantes utilizadas.
En la actualidad se está revisando la base de datos (anterior), para verificar la existencia de este tipo de eventos (crochet) que se producirían por efecto de las fulguraciones solares.
REFERENCIAS
1. Space Environment Center-N.O.A.A. http://www.sec.noaa.gov/today.html#xray [ Links ]
2. http: //wunv. fi umsa. edu.bo/iif/ geomag.htm [ Links ]
3. Watanabe K, Solar Neutron Events associated with Solar Fiares, PhD Thesis, 2005 [ Links ]
4. Watanabe K., Highly Significant detection of Solar Neutrons, RHESSI Science Nuggets. [ Links ]
5. Sako T. et al.,Long Lived Solar Neutron Emission in'Contparison with electron-produced radiation in the 2005 sepetember 7th, Solar Fiare, Astrophysical Journal, 2006 November 1. [ Links ]
6. R. G. Rastogi, Effect of Solar Disturbances on the Geomagnetic H, Y and Z Fields in American Ecuatorial Electrojet Stations, Solar Fiare effects, J. Ind. Geophysical Union (2003) Vol.7, Number 2, pp.43-51. [ Links ] ]]>