Desvendando um dos segredos mais perseverantes do Sol

Um grupo de cientistas do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar (MPS), na Alemanha, fez um avanço significativo na compreensão de um dos mistérios mais perturbadores do Sol: como é que a nossa estrela impulsiona as partículas que compõem o Sol? vento solar no espaço?

As informações oferecem uma perspectiva distinta de uma região crucial da coroa solar que anteriormente era difícil de ser alcançada pelos pesquisadores. Lá, a equipe registrou, pela primeira vez, uma rede dinâmica de estruturas de plasma que lembram uma longa teia entrelaçada. Uma imagem distinta aparece quando dados de várias sondas espaciais e simulações computacionais abrangentes são combinados: a energia magnética é descarregada e as partículas escapam para o espaço onde as estruturas alongadas da teia coronal interagem.

Os Satélites Ambientais Operacionais Geoestacionários (GOES) da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica dos EUA (NOAA) tradicionalmente se preocupam com outras coisas além do Espreguiçadeiras.

Uma campanha exploratória de observação para obter imagens da coroa solar estendida ocorreu em agosto e setembro de 2018. Durante mais de um mês, o Solar Ultraviolet Imager (SUVI) do GOES olhou diretamente para o Sol, como normalmente faz, e capturou imagens de ambos os lados dele.

Dan Seaton do SwRI, que atuou como cientista-chefe do SUVI durante a campanha de observação, disse: “Tivemos a rara oportunidade de utilizar um instrumento de forma inusitada para observar uma região ainda não explorada. Nem sabíamos se funcionaria, mas se funcionasse, faríamos descobertas importantes.”

A coroa intermediária, uma camada da atmosfera solar 350 mil quilômetros acima do visível superfície do Sol, pôde ser fotografado pela primeira vez em luz ultravioleta integrando as fotos dos vários ângulos de visão, o que aumentou consideravelmente o campo de visão do instrumento.

Pradeep Chitta do MPS, principal autor do novo estudo, disse: “Na coroa média, a pesquisa solar teve uma espécie de ponto cego. Os dados GOES proporcionam agora uma melhoria significativa. Na coroa média, os pesquisadores suspeitam de processos que impulsionam e modulam o vento solar.”

Um dos aspectos mais extensos da nossa estrela é o vento solar. A heliosfera, uma bolha de plasma rarefeito que denota a esfera de influência do Sol, é criada pelo fluxo de partículas carregadas que o Sol lança no espaço e viaja até o limite do nosso Sistema Solar. O vento solar é dividido em componentes rápidos e lentos de acordo com sua velocidade. O interior dos buracos coronais, áreas que parecem escuras na radiação ultravioleta coronal, é onde se origina o chamado vento solar rápido, que pode viajar a mais de 500 quilómetros por segundo. Menos se sabe, no entanto, sobre as origens do lento vento solar. No entanto, mesmo as partículas lentas do vento solar viajam através do espaço a velocidades supersónicas de 300 a 500 km/s.

O plasma coronal quente acima de um milhão de graus precisa escapar do Sol para formar o lento vento solar. Que mecanismo está em ação aqui? Além disso, o lento vento solar não é homogéneo, mas revela, pelo menos em parte, uma estrutura semelhante a um raio de serpentinas claramente distinguíveis. Onde e como eles se originam? Estas são as questões abordadas no novo estudo.

Uma região próxima ao equador pode ser vista nos dados do GOES que chamou a atenção dos pesquisadores: dois buracos coronais, por onde o vento solar flui para longe do Sol sem impedimentos, próximos a uma área com campo magnético forte. Essas interações do sistema são consideradas as origens potenciais do lento vento solar.

A coroa média acima desta região é representada por estruturas de plasma alongadas que apontam radialmente para fora nos dados GOES. Este fenômeno, que foi observado diretamente pela primeira vez, é denominado pela equipe de autores como teia coronal. As estruturas da web interagem e se reorganizam frequentemente.

Os pesquisadores sabem há muito tempo que o plasma solar da coroa externa exibe uma arquitetura semelhante. Durante décadas, o coronógrafo LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) a bordo da sonda SOHO, que celebrou o seu 25º aniversário no ano passado, tem fornecido imagens desta região em luz visível.

Acredita-se que o lento vento solar que inicia sua jornada para o espaço tenha uma estrutura semelhante à de uma corrente de jato pelos cientistas. Como o estudo recente demonstrou de forma impressionante, esta estrutura já predomina no meio coroa.

Os pesquisadores também examinaram informações de outras sondas espaciais para obter uma compreensão mais profunda do fenômeno: uma imagem contemporânea da superfície do Sol foi fornecida pelo Solar Dynamics Observatory (SDO) da NASA, enquanto uma visão lateral foi fornecida pela espaçonave STEREO-A, que orbita o Sol antes da Terra desde 2006.

Cooper Downs, da Predictive Science Inc., que realizou as simulações de computador, disse: “Usando técnicas computacionais modernas que incorporam observações do Sol por sensoriamento remoto, os pesquisadores podem usar supercomputadores para construir modelos 3D realistas do indescritível campo magnético na coroa solar. Neste estudo, a equipe usou um modelo magnetohidrodinâmico avançado (MHD) para simular o campo magnético da coroa e o estado do plasma para este período.”

Cooper Downs, da Predictive Science Inc., que realizou as simulações de computador, disse: “Isto ajudou-nos a ligar a dinâmica fascinante que observámos na coroa média às teorias prevalecentes sobre a formação do vento solar.”

Chitta dito, “Como mostram os cálculos, as estruturas da teia coronal seguem as linhas do campo magnético. Nossa análise sugere que a arquitetura do campo magnético na coroa média está impressa no lento vento solar e desempenha um papel importante na aceleração das partículas no espaço. De acordo com os novos resultados da equipa, o plasma solar quente na coroa média flui ao longo das linhas abertas do campo magnético da teia coronal. Onde as linhas de campo se cruzam e interagem, a energia é liberada.”

“Há muitos indícios de que os pesquisadores estão descobrindo um fenômeno fundamental. Durante períodos de alta atividade solar, buracos coronais ocorrem frequentemente perto do equador, nas proximidades de áreas de alta intensidade de campo magnético. É, portanto, improvável que a rede coronal que observamos seja um caso isolado.”

A equipe espera obter insights mais detalhados de futuras missões solares. Alguns deles, como a missão Proba-3 da ESA planeada para 2024, estão equipados com instrumentos que visam a coroa média. O MPS está envolvido no processamento e análise dos dados desta missão. Juntamente com dados observacionais de sondas atualmente em operação, como a Parker Solar Probe da NASA e a Solar Orbiter da ESA, que saem da linha Terra-Sol, isto permitirá uma melhor compreensão da estrutura tridimensional da teia coronal.

Jornal de referência:

1. LP Chitta, DB Seaton, C. Downs, CE DeForest, AK Higginson. Observações diretas de uma teia coronal complexa que impulsiona o vento solar lento e altamente estruturado. Astronomia da Natureza, 24 de novembro de 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5