Nosso Sol entra em erupção regularmente em línguas de calor e fúria tão grandes que nosso próprio planeta seria diminuído por seu tamanho muitas vezes. Para entender melhor como eles funcionam, os pesquisadores criaram uma versão que cabe dentro da sua lancheira.
Usando um aparelho que transforma poderosas rajadas de eletricidade em laços de plasma semelhantes a cordas, uma equipe de físicos modelou explosões solares para estudar os poderosos raios-X e partículas energéticas que fluem pelo Sistema Solar.
“As observações solares detectam partículas energéticas e raios-X duros, mas não podem revelar o mecanismo de geração porque a aceleração da partícula ocorre em uma escala menor que a resolução da observação. Assim, detalhes da física em escala cruzada que explicam a geração de partículas energéticas e X duros -rays permanecem um mistério”, escreve uma equipe liderada pelo físico Yang Zhang, do Caltech.
“Aqui, apresentamos observações de um experimento de laboratório que simula a física do loop coronal solar”.
O Sol é uma bola de plasma altamente dinâmica e turbulenta alimentada por fusão nuclear, então não é de surpreender que ele tenha algumas travessuras. Erupções poderosas que ejetam luz e partículas no espaço ao seu redor podem afetar o Sistema Solar em distâncias significativas.
Nós definitivamente experimentamos esses efeitos aqui na Terra. A magnetosfera e a atmosfera nos protegem dos raios X rígidos de alta energia, mas o material ejetado solar pode interferir em satélites e espaçonaves, incluindo tecnologia de navegação e comunicação, e pode causar flutuações e interrupções na rede elétrica. Portanto, os cientistas, naturalmente, querem saber mais sobre como o Sol cria e ejeta material em primeiro lugar.
Mas há um limite para o que podemos descobrir olhando para o próprio Sol; há um limite para a escala das observações que podemos fazer usando a tecnologia atual. Para estudar esses detalhes menores, os físicos se voltaram para a próxima melhor coisa: replicar explosões solares em um laboratório.
O físico Paul Bellan, da Caltech, projetou um aparato experimental especificamente para gerar estruturas conhecidas como loops coronais. Estes são arcos longos e fechados de plasma brilhante em forma de corda emergindo da fotosfera solar, ao longo de linhas de campo magnético que se projetam para a coroa solar. Estes são frequentemente associados à atividade solar elevada, como erupções e ejeções de massa coronal.
Este aparelho consiste em bicos de gás, eletroímãs e eletrodos em uma câmara de vácuo.
Primeiro, os eletroímãs são ligados, gerando um campo magnético dentro da câmara de vácuo. Em seguida, o gás é injetado na região do eletrodo.
Uma poderosa descarga elétrica em escalas de milissegundos é então aplicada através dos eletrodos; isso ioniza o gás, transformando-o em plasma que então forma um loop limitado pelo campo magnético.
“Cada experimento consome a mesma energia necessária para acender uma lâmpada de 100 watts por cerca de um minuto, e leva apenas alguns minutos para carregar o capacitor”, explica Bellan.
Cada loop dura apenas 10 microssegundos e é muito pequeno, com cerca de 20 centímetros (7,9 polegadas) de comprimento e um centímetro de diâmetro. Mas câmeras de alta velocidade registram cada momento da geração e propagação do loop, permitindo que a equipe de pesquisa analise detalhadamente sua formação, estrutura e evolução.
Os cientistas aprenderam recentemente que os loops coronais não apenas se parecem com cordas, mas também são estruturados como elas. O novo trabalho permitiu à equipe descobrir o papel que essa estrutura desempenha na produção de ejeção solar.
“Se você dissecar um pedaço de corda, verá que é feito de tranças de fios individuais”, diz Zhang. “Separe esses fios individuais e você verá que são tranças de fios ainda menores e assim por diante. Os laços de plasma parecem funcionar da mesma maneira.”
E acontece que essas vertentes são responsáveis por rajadas de raios-X. Como o plasma é um condutor forte, a corrente passa pelos loops; mas de vez em quando, a corrente excede a capacidade de um loop, como muita água correndo por uma mangueira.
Quando isso acontece, mostram as imagens da equipe, uma instabilidade semelhante a um saca-rolhas se desenvolve no loop e os fios individuais começam a se romper, o que coloca ainda mais pressão nos fios restantes.
Quando um fio se rompe, isso produz uma explosão de raios-X, acompanhada por um pico de voltagem negativa, semelhante à forma como a pressão cai em uma mangueira de água com uma dobra. Essa queda de voltagem acelera as partículas carregadas no plasma; quando essas partículas desaceleram, uma explosão de raios X é emitida.
Vasculhando imagens de loops coronais no Sol, os pesquisadores identificaram uma instabilidade semelhante às observadas em laboratório que também estava associada a uma explosão de raios-X, sugerindo que – embora um fosse do tamanho de uma banana e o outro pudesse confortavelmente engolir nosso planeta inteiro – os dois fenômenos foram produzidos da mesma forma.
Estudos futuros do Sol ajudarão a desvendar ainda mais esse processo, mas parece consistente com outros estudos que descobriram como o encaixe e a reconexão de linhas de campo magnético resultam em poderosas explosões de energia. A equipe pretende continuar estudando as diferentes maneiras pelas quais os loops coronais podem se fundir e reconfigurar para ver que tipos de explosões essa atividade produz.
Publicado em 15/04/2023 02h03
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