As explosões solares estão entre as explosões mais violentas do nosso sistema solar, mas apesar de sua imensa energia – equivalente a cem bilhões de bombas atômicas detonando de uma só vez – os físicos ainda não foram capazes de responder exatamente como essas erupções repentinas no Sol são capaz de lançar partículas para a Terra, a quase 93 milhões de milhas de distância, em menos de uma hora.
Agora, em um estudo publicado em 8 de junho na Nature, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Nova Jersey (NJIT) identificaram a localização precisa onde as partículas carregadas de explosões solares são aceleradas até a velocidade da luz.
As novas descobertas, possibilitadas por observações de uma explosão solar de classe X em 2017 pelo radiotelescópio Expanded Owens Valley Solar Array (EOVSA) do NJIT, revelaram um acelerador de partículas altamente eficiente localizado na ponta do ponto mais brilhante da erupção no planeta. A atmosfera externa do Sol, chamada de “região de cúspide” da explosão, onde o plasma ambiente da explosão é convertido em elétrons de alta energia.
Pesquisadores dizem que a descoberta da região, medida em quase o dobro do volume da Terra, pode abrir novas portas para investigar processos fundamentais de aceleração de partículas onipresentes no universo.
“As descobertas deste estudo ajudam a explicar o mistério de longa data de como as explosões solares podem produzir tanta energia em meros segundos”, disse Gregory Fleishman, autor correspondente do artigo e distinto professor de pesquisa de física no Centro de Pesquisa Solar-Terrestre do NJIT. “A erupção libera seu poder em uma região muito mais vasta do Sol do que o esperado pelo modelo clássico de erupções solares. Embora outros tenham postulado que isso deve acontecer, esta é a primeira vez que o tamanho, forma e localização específicos desta região chave são foram identificados, e a eficiência da conversão de energia em aceleração de partículas dentro do flare foi medida.”
A descoberta segue estudos separados de 2020 publicados na Science and Nature Astronomy, onde os instantâneos detalhados da EOVSA da erupção e as mudanças no campo magnético do Sol – tiradas em centenas de frequências de rádio ao mesmo tempo – inicialmente deram à equipe do NJIT uma liderança sobre a localização .
“Nossos estudos recentes sugeriram que a cúspide do flare poderia ser o local onde esses elétrons de alta energia são produzidos, mas não tínhamos certeza”, explicou Bin Chen, professor associado do NJIT e co-autor do artigo. “Tínhamos descoberto originalmente uma estrutura em forma de garrafa magnética no local que continha um número esmagadoramente grande de elétrons em comparação com qualquer outro lugar da erupção, mas agora com as novas medições deste estudo, podemos dizer com mais confiança que esta é a partícula da erupção. acelerador.”
Usando os recursos exclusivos de imagem de microondas da EOVSA, a equipe conseguiu medir o espectro de energia dos elétrons em centenas de locais de uma explosão solar de classe X desencadeada por uma reconfiguração das linhas do campo magnético ao longo da superfície do Sol em 10 de setembro de 2017.
“A imagem espectral da EOVSA nos deu um mapa abrangente do plasma térmico da erupção à medida que evoluiu segundo a segundo. Mas para nossa surpresa, o que encontramos foi um buraco misterioso no mapa de plasma térmico que começou a se desenvolver na cúspide da erupção”, disse Gelu Nita, professora de pesquisa do NJIT e coautora do artigo. “Mais do que isso, à medida que as partículas térmicas da região desapareceram, o buraco foi densamente preenchido com partículas não térmicas e de alta energia”.
A análise da equipe trouxe à luz um processo de conversão de energia incrivelmente eficiente dentro do acelerador de partículas da erupção solar, onde a energia intensa dos campos magnéticos do Sol é rapidamente liberada e transferida para energia cinética dentro da região.
“Nós nos perguntamos o quão eficiente esse processo de conversão de energia seria… quantas partículas nesta área seriam aceleradas além da energia térmica da explosão?” acrescentou Sijie Yu, co-autor do estudo e professor assistente de pesquisa do NJIT. “Usando dados ultravioleta extremos do Sol, confirmamos que praticamente nenhuma partícula permaneceu dentro da região em energias térmicas abaixo de alguns milhões de Kelvin, consistente com a medição EOVSA de que todas as partículas foram aceleradas para energias não térmicas superiores a 20 keV, ou quase 100 milhões de Kelvin.”
A equipe agora diz que essas últimas descobertas podem ajudar os cientistas a estudar questões fundamentais da física de partículas que não são possíveis na Terra, além de oferecer novas informações sobre como essas partículas de alta energia do Sol podem impactar a Terra durante futuros eventos climáticos espaciais.
“Um aspecto importante deste estudo é que ele direciona a atenção dos teóricos para o local preciso onde ocorre a maior parte da liberação de energia e aceleração de partículas, e fornece medições quantitativas para guiar modelos numéricos”, diz Dale Gary, professor e diretor do NJIT. EOVSA. “No entanto, para estender nossas medições a regiões de erupção muito mais amplas e eventos de erupção mais fracos, mas mais frequentes, estamos desenvolvendo uma matriz de rádio dedicada à energia solar de próxima geração chamada Radiotelescópio Solar Ágil de Frequência, que será pelo menos 10 vezes maior e encomendado de magnitude mais poderoso.”
“Ainda queremos investigar o mecanismo físico que impulsiona a aceleração de partículas em explosões solares. Mas estudos futuros devem explicar o que sabemos agora sobre essas enormes explosões – tanto a liberação de energia principal na região da cúspide quanto a eficiência de 100% na qual partículas carregadas aceleração ocorre”, disse Fleishman. “Essas descobertas exigem uma grande revisão dos modelos que usamos para estudar as explosões solares e seu impacto na Terra”.
Publicado em 12/06/2022 17h53
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