Detecten fulguracions en estrelles utilitzant els senyals de GPS

La tècnica permet no només la detecció i mesura de la intensitat de la fulguració estel·lar, sinó també l'estimació aproximada de la posició de la font 

Manuel Hernández-Pajares, investigador de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) al Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai (CTE-CRAE) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), en col·laboració amb David Moreno-Borràs, graduat recentment en Enginyeria Informàtica a la Facultat d’Informàtica de Barcelona (FIB), i també actual membre de l’IEEC, ha desenvolupat una tècnica que permet detectar fulguracions estel·lars utilitzant els senyals que emeten els sistemes de navegació per satèl·lit, popularment coneguts com a GPS (per les seves sigles en anglès), és a dir, el Sistema de Posicionament Global. 

Les fulguracions (en anglès, flares) són emissions electromagnètiques sobtades en determinades zones de la superfície de les estrelles que desprenen grans quantitat d’energia. Quan aquestes emissions arriben al nostre planeta generen una descàrrega d’ions, que provoca una sobre-ionització sobtada de la part alta de l’atmosfera terrestre (ionosfera). 

«La manera més senzilla d’explicar el que hem fet és comparar-ho amb les ombres xineses: en lloc d’observar directament el fenomen, el que fem és mirar l’ombra, l’empremta que deixa a l’atmosfera la fluctuació sobtada d’una part de la radiació estel·lar», explica Hernández-Pajares, també responsable del Grup de determinació Ionosfèrica i navegació per SAtèl·lit i sistemes Terrestres (IonSAT) de la UPC. «I això ho fem utilitzant els sistemes de navegació per satèl·lit, el que coneixem com a GPS». 

Aquest mètode permet la detecció d’augments sobtats de la radiació de les estrelles fent servir només mesures dels sistemes globals de navegació per satèl·lit (GNSS), com ara el GPS. Fins ara, les fulguracions estel·lars es detectaven en el Sol a través de sondes espacials com ara el SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) –una missió conjunta de l’Agència Espacial Europea (ESA) i la NASA–, o mitjançant telescopis com Swift o Fermi, ambdós de la NASA, que poden detectar fulguracions en estrelles. 

La tècnica desenvolupada permet no només la detecció i mesura de la intensitat de la fulguració, sinó també l'estimació aproximada de la posició de la font en l'esfera celeste amb una incertesa de només uns pocs graus. Aquesta tècnica obre la porta a un nou tipus d’astronomia per a la detecció i estudi d’aquests fenòmens: un nou mètode que utilitza dades a temps real i d’accés lliure gràcies als receptors permanents GNSS distribuïts per tot el món. 

Llegenda: Empremta en el ritme de variació del nivell d'ionització de la part alta de l'atmosfera (ionosfera) a la vertical de l’estrella Proxima Centauri, probablement deguda a una gran fulguració que va mostrar el 18 de març de 2016 
Crèdits: UPC

Primera prova: possible detecció de fulguracions solars el 2012

Aquesta troballa ha estat possible gràcies al refinament de la tècnica desenvolupada prèviament pel Dr. Hernández-Pajares per detectar i mesurar fulguracions solars d’intensitat forta, mitjana i feble. Aquesta tècnica està implementada actualment, i en temps real, en un projecte de l’ESA del programa Space Situational Awareness. L’algoritme desenvolupat s’ha verificat amb dues fulguracions estel·lars més llunyanes i, per tant, més difícils de detectar: una a l’estrella Proxima Centauri (detectada el 18 de març de 2016) i una altra a l’estrella NGTS J121939.5-355557 (localitzada l’1 de febrer de 2016). Les estimacions obtingudes amb l’algoritme han estat contrastades amb èxit amb les dels estudis que utilitzen tècniques astronòmiques convencionals.

Un pas més enllà: identificar l’habitabilitat d’exoplanetes

Els investigadors han començat un nou projecte finançat per l’ESA per confirmar la nova tècnica i determinar si podria obrir un nou camp d’exploració de les mesures de l’activitat estel·lar, amb potencials aplicacions, com ara estimar l’habitabilitat dels exoplanetes, entre d’altres. 

«Precisament aquesta font d’energia que detectem indirectament amb el GPS –l’increment sobtat del flux de fotons en la banda ultraviolada extrema– és un dels elements clau per poder determinar si aquests exoplanetes podrien presentar condicions habitables», explica l’investigador. 

* Nota de premsa de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) en col·laboració amb l’Oficina de Comunicació de l’IEEC.

Enllaços

– IEEC
– UPC
– Grup de recerca CTE-CRAE
 
Més informació

Aquesta recerca es presenta en un article titulat «Real-time detection, location and measurement of geoeffective stellar flares from Global Navigation Satellite System data: new technique and case studies», de M. Hernández-Pajares i D. Moreno-Borràs, publicat a la revista Space Weather de l’American Geophysical Union el 22 de febrer de 2020.

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia.  Com a resultat de 25 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació.   

L’IEEC és una fundació privada sense ànim de lucre regida per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya i unes altres quatre institucions amb una unitat científica cadascuna, que en conjunt constitueixen el nucli de l’activitat d’I+D de l’IEEC: la Universitat de Barcelona (UB) amb la unitat científica ICCUB – Institut de Ciències del Cosmos; la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) amb la unitat científica CERES – Centre d’Estudis i Recerca Espacials; la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) amb la unitat científica CTE – Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai; i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) amb la unitat científica ICE – Institut de Ciències de l’Espai. L’IEEC és un centre CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).

Main image

Imatge: solar-flare-NASA.jpg
Llegenda: Imatge d'una fulguració solar capturada per l'Observatori de Dinàmica Solar (SDO) de la NASA el 2017. 
Crèdits: NASA/SDO/Goddard.

Contactes

Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona, Espanya
Ana Montaner 
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat 

Autor Principal
Barcelona, Espanya
Manuel Hernández-Pajares
Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai (CTE-CRAE) de la UPC
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Correu electrònic:manuel.hernandez@upc.edu; hernandez@ieec.cat