El astrofísico de la Universidad de Boston Merav Opher dirigirá un nuevo centro científico DRIVE (Diversity, Realize, Integrate, Venture, Educate) de la NASA destinado a desarrollar un modelo predictivo de la heliosfera. Foto de Cydney Scott

Ciencias del Espacio

El astrofísico de la UB Merav Opher dirigirá un centro financiado por la NASA en una misión para comprender la forma y el tamaño de la heliosfera

Para entender la heliosfera, una fuerza cósmica que, según los astrofísicos, nos protege de la potente radiación que emana del universo, imagina una enorme burbuja que rodea al sol. La burbuja es tan grande que se extiende mucho más allá de nuestro sistema solar, y atraviesa el espacio junto con el sol. Nadie conoce realmente la forma de la heliosfera, ni tampoco su tamaño.

Los astrofísicos sí saben que dentro de la heliosfera hay una tormenta constante de partículas calentadas y cargadas que emanan del sol. También saben que fuera de la heliosfera, el espacio profundo está salpicado de rayos cósmicos mortales. Y creen que la piel de la heliosfera actúa como un escudo, bloqueando la mayor parte de esos rayos y protegiendo todo lo que hay dentro de la burbuja, lo más importante, la vida en la Tierra.

«Todos estamos tratando de entender esta burbuja», dice el astrofísico Merav Opher, profesor asociado de astronomía del Colegio de Artes & de la Universidad de Boston.

Ahora, gracias a una reciente inversión de 12 millones de dólares de la NASA en nueve nuevos centros de investigación heliosférica en universidades de todo Estados Unidos -una de las mayores iniciativas de la agencia espacial basadas en centros destinados a un gran reto-, los astrofísicos de todo el país, incluido Opher, esperan subir lo que parece ser una curva de aprendizaje muy empinada. En la Universidad de Boston, alojada en el Centro de Física Espacial de la Universidad, Opher será el investigador principal y líder de un nuevo Centro Científico DRIVE (Diversity, Realize, Integrate, Venture, Educate) de la NASA que ha recibido 1,3 millones de dólares. Ese equipo, formado por expertos que Opher ha reclutado de otras 11 universidades e institutos de investigación, desarrollará un modelo predictivo de la heliosfera en un esfuerzo que el equipo ha denominado SHIELD (Viento solar con intercambio de iones de hidrógeno y dinámica a gran escala).

El equipo SHIELD de Opher está encargado de encontrar respuestas a cuatro preguntas muy importantes: ¿Cuál es la estructura general de la heliosfera? ¿Cómo evolucionan sus partículas ionizadas y afectan a los procesos heliosféricos? ¿Cómo interactúa la heliosfera con el medio interestelar, la materia y la radiación que existe entre las estrellas, y cómo influye en él? Y ¿cómo se filtran los rayos cósmicos por la heliosfera o se transportan a través de ella?

Un segundo proyecto incluido en el Centro de Ciencia DRIVE de la NASA, liderado por la BU, desarrollará un programa de divulgación -dirigido a estudiantes desde el jardín de infancia hasta el profesorado- con el objetivo de formar, reclutar y retener a poblaciones poco representadas en la ciencia del plasma espacial.

Este esfuerzo será dirigido por Joyce Wong, profesora de ingeniería biomédica de la Facultad de Ingeniería de la BU y directora del programa ARROWS (Advance, Recruit, Retain, and Organize Women in STEM) de la BU. Wong explorará nuevas formas de diversificar el campo del plasma espacial y fortalecer su sentido de comunidad entre los grupos subrepresentados y ampliar los esfuerzos de tutoría que podrían mejorar la diversidad entre el grupo de solicitantes de puestos de profesorado.

Para Opher, este aspecto del nuevo centro DRIVE de la NASA es tan importante como el desarrollo de un modelo global predictivo de la heliosfera. Como una de las pocas mujeres en el campo de la física espacial y miembro del grupo de trabajo LGBTQIA+ de la BU, Opher ha sido durante mucho tiempo una poderosa defensora del aumento del número de mujeres y de los grupos infrarrepresentados en STEM.

Explorando incógnitas fundamentales

Hoy en día, dice Opher, concepciones tan fundamentales como la forma de la heliosfera siguen siendo objeto de debate. Algunos modelos sugieren que se asemeja a un cometa con una larga cola. La investigación de Opher, en cambio, revela un modelo de heliosfera con forma más parecida a la de un croissant.

La mayor parte de lo que sabemos sobre la heliosfera, dice, proviene de cuatro proyectos principales de la NASA: Voyager 1, Voyager 2, la nave espacial New Horizon y los mapas de átomos neutros energéticos (ENA) generados por las misiones Interstellar Boundary Explorer y Cassini. Opher señala que dos de esas fuentes, las sondas Voyager 1 y Voyager 2, fueron lanzadas en 1977, llevando a bordo tecnología diseñada en la década de 1960. Ninguna de esas sondas espaciales fue diseñada para estudiar la heliosfera.

La Voyager 1 estaba destinada a observar Saturno, la luna más grande de Saturno, y Júpiter, mientras que la Voyager 2 tenía como objetivo Urano y Neptuno, todos ellos destinos bien situados dentro de los límites de la heliosfera y de nuestro sistema solar. Sin embargo, sorprendentemente, ambas sondas han continuado más allá de sus objetivos y, lo que es más importante, más allá de la piel de la heliosfera, desde donde siguen enviando datos a la Tierra.

Otras naves espaciales, especialmente el IBEX y la Cassini, también aportan datos de la heliosfera, pero Opher dice que los modelos de esos datos no han logrado hasta ahora predecir el tamaño o el grosor de la heliosfera. Dice que los datos que describen el papel que desempeñan la turbulencia, la reconexión, las interacciones onda-partícula y la conducción en las capas exteriores del sistema solar aún no se han integrado en los modelos. Ese será el trabajo de su equipo, que espera producir un modelo predictivo que pueda ayudar a los investigadores a entender las observaciones de una sonda IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe) cuyo lanzamiento está previsto para 2024.

«Los modelos que tenemos ahora no pueden predecir las respuestas», dice Opher. «Así que vamos a construir mejores modelos, y para ello hemos traído a expertos en muchas áreas».

Los expertos que Opher ha reunido incluyen a John Richardson, científico investigador principal del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, que será el director del programa SHIELD. Otros colaboradores proceden del MIT, la Universidad de Michigan, el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, la NASA Goddard, el Instituto Tecnológico de California, el Instituto de Investigación del Suroeste, la Universidad de Arizona, la Universidad de Alabama en Huntsville, la Universidad de Harvard y la Universidad de Princeton.

Los 1,3 millones de dólares de financiación para la primera fase de la iniciativa de la NASA están destinados a llevar el Centro Científico DRIVE de Opher durante dos años de investigación. La segunda fase, si se concede, apoyará otros cinco años de investigación con unos 5 millones de dólares de financiación al año.

«La idea es que la siguiente fase estudie cosas como el efecto de la heliosfera en la evolución de la vida», dice Opher. «Sabemos, por ejemplo, que la cantidad de radiación afecta a la cobertura de nubes, y ésta es esencial para la vida. Si supiéramos más sobre la radiación en Marte, podríamos saber si la vida fue alguna vez posible.»

Para los astrofísicos, el reto intelectual de desentrañar los misterios de la heliosfera es irresistible, y la influencia de la heliosfera en la vida en la Tierra -y posiblemente en otros planetas de otros sistemas solares- es el foco más tentador de su búsqueda.

«Merav es un líder mundial en el estudio de la heliosfera», afirma el astrofísico Avi Loeb, catedrático de astronomía de la Universidad de Harvard. «No hay ninguna persona en el mundo que entienda la física subyacente mejor que ella»

Opher y Loeb han estado trabajando juntos en un nuevo estudio sobre el tamaño de nuestra heliosfera, y los resultados se publicarán pronto en Nature Astronomy. Loeb dice que conocer el tamaño de la heliosfera permitirá, por ejemplo, medir la fuerza del viento estelar que la genera.

«Si este viento estelar es muy potente, despojaría de su atmósfera a los planetas del tamaño de la Tierra que se encuentran en la zona habitable de la estrella», dice. «Esto es particularmente importante para las estrellas de baja masa… como nuestra vecina más cercana, Próxima Centauri, que alberga un planeta en su zona habitable. La estrella es cientos de veces más débil que y este planeta está 20 veces más cerca de la estrella que la distancia de la Tierra. En consecuencia, está expuesto a un viento más fuerte. Saber cuán fuerte es este viento nos permitirá averiguar si su atmósfera fue probablemente despojada»

Los datos recibidos de las naves espaciales remotas de la NASA existentes apoyan la convicción de que la piel de la heliosfera protege a la Tierra de los rayos cósmicos que atraviesan el espacio profundo. La parte de los rayos cósmicos que atraviesan el escudo, como todo lo relacionado con la heliosfera, es objeto de debate, pero se cree que es de alrededor del 25 por ciento, lo suficiente para convencer a los científicos de que el escudo es esencial para la vida en la Tierra, y en otros lugares. Porque al igual que nuestro propio sistema solar, cada sistema estelar tiene su propia burbuja protectora.

«Cuanto más entendemos sobre los procesos en nuestra heliosfera», dice Opher, «más sabemos sobre los procesos en todas las astrosferas y sobre las condiciones necesarias para crear planetas habitables.»

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