Um fenômeno detectado pela primeira vez no vento solar pode ajudar a resolver um antigo mistério sobre o sol: por que a atmosfera solar é milhões de graus mais quente do que a superfície.
Imagens do espectrógrafo de imagens da região de interface em órbita terrestre, também conhecido como IRIS, e do Atmospheric Imaging Assembly, também conhecido como AIA, mostram evidências de que loops magnéticos baixos são aquecidos a milhões de graus Kelvin.
Pesquisadores da Rice University, da University of Colorado Boulder e do Marshall Space Flight Center da NASA afirmam que íons mais pesados, como o silício, são preferencialmente aquecidos tanto pelo vento solar quanto na região de transição entre a cromosfera solar e a coroa.
Lá, loops de plasma magnetizado formam um arco contínuo, não muito diferente de seus primos na coroa acima. Eles são muito menores e difíceis de analisar, mas há muito se acredita que abriguem o mecanismo acionado magneticamente que libera explosões de energia na forma de nanoflares.
O físico solar de Rice Stephen Bradshaw e seus colegas estavam entre os que suspeitavam disso, mas nenhum tinha evidências suficientes antes do IRIS.
O espectrômetro de alto vôo foi construído especificamente para observar a região de transição. No estudo financiado pela NASA, que aparece na Nature Astronomy, os pesquisadores descrevem “brilhos” nos loops de reconexão que contêm fortes assinaturas espectrais de oxigênio e, especialmente, íons de silício mais pesados.
A equipe de Bradshaw, seu ex-aluno e autor principal Shah Mohammad Bahauddin, agora membro do corpo docente do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial no Colorado, e a astrofísica da NASA Amy Winebarger estudaram imagens IRIS capazes de resolver detalhes desses loops de região de transição e detectar bolsões de plasma superaquecido. As imagens permitem que eles analisem os movimentos e as temperaturas dos íons dentro dos circuitos por meio da luz que emitem, lidas como linhas espectrais que servem como “impressões digitais” químicas.
“É nas linhas de emissão que toda a física é impressa”, disse Bradshaw, professor associado de física e astronomia. “A ideia era aprender como essas estruturas minúsculas são aquecidas e esperar dizer algo sobre como a própria corona é aquecida. Este pode ser um mecanismo onipresente que opera em toda a atmosfera solar.”
As imagens revelaram espectros de hot-spot onde as linhas foram ampliadas por efeitos térmicos e Doppler, indicando não apenas os elementos envolvidos nas nanoflares, mas também suas temperaturas e velocidades.
Nos pontos quentes, eles encontraram jatos de reconexão contendo íons de silício movidos em direção (desviado para o azul) e para longe (desviado para o vermelho) do observador (IRIS) a velocidades de até 100 quilômetros por segundo. Nenhum desvio Doppler foi detectado para os íons de oxigênio mais leves.
Os pesquisadores estudaram dois componentes do mecanismo: como a energia sai do campo magnético e como ela realmente aquece o plasma.
A região de transição tem apenas cerca de 10.000 graus Fahrenheit, mas a convecção na superfície do Sol afeta os loops, torcendo e entrelaçando os finos fios magnéticos que os compõem, e adiciona energia aos campos magnéticos que acabam aquecendo o plasma, disse Bradshaw. “As observações do IRIS mostraram que o processo está ocorrendo e estamos razoavelmente seguros de que pelo menos uma resposta à primeira parte é por meio da reconexão magnética, da qual os jatos são uma assinatura chave”, disse ele.
Nesse processo, os campos magnéticos dos filamentos de plasma se quebram e se reconectam em locais de trança em estados de energia mais baixos, liberando energia magnética armazenada. Onde isso ocorre, o plasma fica superaquecido.
Mas como o plasma é aquecido pela energia magnética liberada permaneceu um enigma até agora. “Olhamos para as regiões nessas pequenas estruturas em loop onde a reconexão estava ocorrendo e medimos as linhas de emissão dos íons, principalmente silício e oxigênio”, disse ele. “Descobrimos que as linhas espectrais dos íons de silício eram muito mais largas do que o oxigênio.”
Isso indicou aquecimento preferencial dos íons de silício. “Precisávamos explicar isso”, disse Bradshaw. “Demos uma olhada e pensamos e descobrimos que existe um processo cinético chamado aquecimento de íon ciclotron, que favorece o aquecimento de íons pesados em relação aos mais leves.”
Ele disse que ondas de íon cíclotron são geradas nos locais de reconexão. As ondas carregadas pelos íons mais pesados são mais suscetíveis a uma instabilidade que faz com que as ondas “quebrem” e gerem turbulência, que espalha e energiza os íons. Isso amplia suas linhas espectrais além do que seria esperado apenas da temperatura local do plasma. No caso dos íons mais leves, pode haver energia insuficiente para aquecê-los. “Caso contrário, eles não excedem a velocidade crítica necessária para desencadear a instabilidade, que é mais rápida para íons mais leves”, disse ele.
“No vento solar, os íons mais pesados são significativamente mais quentes do que os íons mais leves”, disse Bradshaw. “Isso foi medido definitivamente. Nosso estudo mostra pela primeira vez que esta também é uma propriedade da região de transição, e pode, portanto, persistir em toda a atmosfera devido ao mecanismo que identificamos, incluindo o aquecimento da coroa solar, principalmente desde o o vento é uma manifestação da corona em expansão no espaço interplanetário.”
A próxima questão, disse Bahauddin, é se esses fenômenos estão acontecendo na mesma proporção em todo o sol. “Muito provavelmente a resposta é não”, disse ele. “Então a questão é: quanto eles contribuem para o problema do aquecimento coronal? Eles podem fornecer energia suficiente para a alta atmosfera para que ela possa manter uma coroa de milhões de graus?
“O que mostramos para a região de transição foi uma solução para uma peça importante do quebra-cabeça, mas o quadro geral requer que mais peças caiam no lugar certo”, disse Bahauddin. “Acredito que o IRIS poderá nos falar sobre as peças cromosféricas em um futuro próximo. Isso nos ajudará a construir uma teoria unificada e global da atmosfera do sol.”
Publicado em 10/12/2020 18h59
Artigo original:
- http://spaceref.com/space-weather-2/scientists-get-the-lowdown-on-the-suns-super-hot-atmosphere.html
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