Ondas de radio kilométricas de tipo II generadas por ECMs : relación con estructuras interplanetarias y grado de geoefectividad

Abstract

El Sol es quizás el objeto astronómico que más tiempo lleva siendo estudiado por el ser humano, y el que más adoración ha recibido por las diferentes culturas antiguas. Uno estaría tentado a pensar que, debido a esto, deberíamos conocer todo sobre nuestra estrella. Sin embargo esto no es así: Aún quedan muchos misterios por ser resueltos. Es bien sabido que el Sol es un escenario vibrante donde ocurren fenómenos físicos de forma frecuente, y es en cierta forma un laboratorio con el cual se pueden ensayar y corroborar teorías físicas. Al estar nuestro planeta orbitando alrededor del mismo, es esperable que la actividad del Sol repercuta de forma casi directa sobre la Tierra, así como en el resto de los cuerpos celestes bajo su influencia. Una de las tantas formas de actividad solar se mani fiesta mediante las llamadas Eyecciones Coronales de Masa (ECM). Estas son grandes erupciones de plasma caliente y energético que se libera al espacio en periodos cortos de tiempo. Cuando se detectan in situ en el medio interplanetario, se llaman Eyecciones Coronales de Masa Interplanetarias (ECMI). Estas tienen una alta relevancia en las condiciones de la meteorología del espacio. En particular, una ECMI viajando en dirección a la Tierra puede afectar signi ficativamente el entorno de nuestro planeta, generando tormentas geomagnéticas y acarreando una serie de efectos indeseables para la sociedad. Es por esto que su estudio es de fundamental importancia. Algunas ECMs, usualmente las más rápidas, están acompañadas de una onda de choque magnetohidrodinámica (MHD) que viaja por delante del frente de la ECM. Durante su propagación, la onda de choque excita electrones, los cuales emiten radiación en radio de tipo II a la frecuencia local del plasma. Esta emisión comienza a frecuencias de aproximadamente 400 MHz (longitudes de onda métricas) a distancias cercanas al Sol, hasta llegar a frecuencias de 300-30 kHz (longitudes de onda kilométricas) para distancias heliocéntricas comprendidas en el rango de 20-170 radios solares. La emisión en radio de tipo II se genera durante la interacción de ondas de choque MHD que viajan por delante de las ECMs con la estructura frontal de estos eventos (Reiner et al., 1997; Bale et al., 1999). La estrecha relación entre la emisión en radio de tipo II con la existencia de ondas de choque generadas por ECMs, permitió relacionar estos fenómenos. En base al análisis de 92 eventos que presentaron onda de choque MHD y emisión kilométrica en radio, Cremades and St. Cyr O.C.and Kaiser (2007) desarrollaron un método empírico para determinar la velocidad de la onda de choque, a partir de la emisión kilométrica de tipo II asociada. Luego, Cremades et al. (2015) basándose en los mismos datos (en ese caso sobre 71 eventos), desarrollaron un método predictivo para determinar la hora de arribo a la Tierra de una onda de choque y su ECMI, en base a la observación de su emisión kilométrica. El estudio de la emisión de ondas de radio kilométricas resulta de interés fundamental ya que nos permite analizar propiedades del medio interplanetario como su densidad, a la vez que guarda información de vital importancia respecto a los procesos físicos involucrados en la interacción entre las ECMs con sus ondas de choque asociadas. Uno de los principales interrogantes que permanecen sin respuesta es el por qué no todas las ondas de choque que acompañan a ECMs producen emisiones de radio de tipo II kilométricas, y cuáles son las condiciones necesarias para que se produzca esta emisión en radio. El objetivo general del trabajo es tratar de explicar qué determina que una onda de choque asociada a una ECM produzca ondas de radio kilométricas detectables, y qué características presenta esta emisión. Para ello, se construyó una pormenorizada base de datos que interrelaciona las características de emisiones de radio de baja frecuencia con estructuras interplanetarias detectadas in situ potencialmente asociadas a las emisiones de radio. Los datos utilizados en este trabajo provienen fundamentalmente del detector TNR perteneciente al instrumento WAVES a bordo de la misión Wind, de la NASA. Se inspeccionaron los espectros dinámicos para el periodo que abarca desde el 01/01/2000 hasta el 31/12/2012 (un espectro dinámico por día) de modo de abarcar un ciclo solar completo. Estos se analizaron minuciosamente para identi ficar eventos no detectados previamente, es decir, que no hayan estado reportados por el catálogo o ficial de emisiones de radio de tipo II de Wind/WAVES. Todos los eventos de tipo II de baja frecuencia -kilométricos- identi ficados fueron correlacionados con ondas de choque detectadas in situ así como también con las propiedades de las ECMIs que las originaron, mediante su comparación con los eventos caracterizados por Nieves-Chinchilla et al. (2018) y Richardson and Cane (2010). Se busca de esta manera lograr comprender las condiciones que dan origen a emisiones de radio de tipo II de baja frecuencia, así como también aquellas que no favorecen su producción y/o detección. Para 21 eventos comprendidos entre los años 2011 y 2012 para los que fue posible identi ficar la ECM asociada a la emisión en radio, cuando estuvieron disponibles, se compilaron los valores de masa y velocidad a partir de catálogos correspondientes a las distintas misiones. A modo de identificar observacionalmente los eventos que pudieron dar origen a la emisión en radio, se revisaron las imágenes coronográficas proporcionadas por los instrumentos COR1 y COR2 a bordo de la misión STEREO, y de C2/C3 de la misión SOHO. Finalmente, se buscó la asociación entre el índice de intensidad de tormenta geomagnética DsT (Zhang et al., 2004), y emisión en radio kilométrica de tipo II para estudiar la geoefectividad de eventos con una ECMI o nube magnética asociada a partir de su emisión en radio. Se obtuvieron 105 eventos de tipo II kilométricos, producto del análisis de los espectros dinámicos de TNR, de los cuales se pudieron asociar 60 a una onda de choque. 46 eventos fueron reportados como ECMI, y de estos, 36 poseen características de nube magnética. 32 eventos no habían sido reportados previamente por el catálogo de tipo II kilométrico de Wind/WAVES, ampliando así la base de datos existentes sobre estos eventos. Para 74 eventos se pudo obtener los valores del Dst correspondiente. Los resultados indican que las tormentas geomagnéticas más intensas se dieron conjuntamente en periodos cercanos al máximo de actividad solar. Sin embargo, también se detectaron algunos eventos de gran intensidad en momentos en que la actividad del ciclo solar se encontraba en disminución. Además, se pudieron asociar 16 eventos de radio de tipo II a las ECMs que les dieron origen, entre los años 2011 y 2012, y se encontraron propiedades tales como masa, energía, velocidad, ancho angular para cada una.