O Sol expele uma poderosa explosão associada à ejeção de massa coronal nesta imagem tirada pelo Observatório de Dinâmica Solar da NASA em 6 de setembro de 2017. Nova análise de dados do Telescópio Espacial Fermi, da NASA, sugere que a emissão solar de raios gama é a mais energética forma de radiação eletromargnética no Universo - pode ter ligação com a ejeção de massa coronal e com outras explosões que seguem um ciclo de 11 anos de atividade em média.
Descoberta ainda é pouco compreendida, mas pode abrir caminhos para entender nossa estrela
A estrela mais próxima de nós continua cheia de mistérios. A cada 11 anos, em média, sua atividade cresce, gerando explosões e ejeções de massa coronal - as erupções que “cospem” plasma e banham a Terra com partículas carregadas, além de gerar belas exibições de auroras. Depois, sua atividade decresce. O chamado máximo solar vai se reduzindo até alcançar o mínimo solar, e a superfície do Sol fica assustadoramente quieta.
Os cientistas estudam esse fluxo por séculos, mas apenas no alvorecer da era espacial, em meados do século XX, começaram a entender seus efeitos sobre nosso planeta. Agora está claro que durante o período do máximo solar, o Sol fica mais propenso a bombardear a Terra com partículas carregadas que danificam satélites e redes elétricas. O ciclo solar também possui um pequeno papel no clima, já que as mudanças na irradiação podem causar mudanças em geral na superfície do mar, temperatura e padrões de precipitação. Portanto, um entendimento melhor dos fatores do ciclo é importante para sustentar a vida na Terra.
Ainda assim, falta um modelo que preveja perfeitamente os detalhes principais do ciclo, tais como sua duração exata e a força de cada fase. “Acredito que o ciclo solar seja estável e claro, mas estamos perdendo alguma informação fundamental”, diz Ofer Cohen, um físico solar da Universidade de Massachusetts Lowell. Um obstáculo para entendê-lo, ele diz, é que há detalhes cruciais do mecanismo por trás do ciclo, como o campo magnético, que estão amplamente escondidos da nossa visão. Mas isso pode mudar.
Tim Lindem, um astrônomo na Universidade estadual de Ohio, e seus colegas, recentemente mapearam o movimento do brilho de alta energia do Sol pela superfície ao longo do tempo. Eles descobriram um link em potencial entre essas emissões altamente energéticas, o campo magnético flutuante do Sol e o período do ciclo solar. Essa descoberta, argumentam os especialistas, pode abrir caminhos para entender o funcionamento interno da estrela que nos é mais próxima e mais familiar.
Em seu estudo vidouro, até agora disponível no servidor pré-impresso asXiv e apresentado para publicação na revista Physical Review Letters, Linden e seus colegas examinaram uma década de dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, da NASA, para analisar melhor a emissão de raios gama do Sol - a forma mais energética de radiação eletromagnética em todo o Universo. Para sua surpresa, os pesquisadores descobriram que os raios gama mais intensos parecem estranhamente sincronizados com a parte mais quieta do ciclo solar.
Durante o último mínimo solar, de 2008 a 2009, Fermi detectou oito raios gama de alta energia (cada um com energia maior do que 100 giga-elétron volts, ou GeV) emitidos pelo Sol. Mas nos oito anos seguintes, quando a energia caminha para um pico para depois regredir em direção a quiescência, o Sol não emitiu raios gama de alta energia. As chances disso ocorrer aleatoriamente, diz Linden, são extremamente baixas. É provável que os raios gama sejam desencadeados por algum aspecto da atividade cíclica do Sol, mas os detalhes continuam desconhecidos.
A equipe especula que esses raios gama são emitidos provavelmente quando raios cósmicos poderosos - produzidos por todo o Universo através de eventos astrofísicos violentos, como explosões de supernovas e colisões de estrelas de nêutrons - se chocam com a superfície solar. Se um único raio cósmico colide com uma partícula na atmosfera solar, ele cria uma chuva de partículas secundárias e radiações, incluindo raios gama. Essas chuvas de partículas normalmente são totalmente absorvidas pelo Sol. De acordo com uma hipótese dos anos 1990 algumas dessas chuvas secundárias podem ter saltado para longe da nossa estrela pelas fortes flutuações em seu campo magnético. Se isso ocorre, os raios gama que Fermi tem detectado são provavelmente alguns desses escapes de altas energias.
Se essa interpretação estiver correta, diz Randy Jokipii, um astrônomo aposentado da Universidade do Arizona que não estava envolvido no estudo, não é nenhuma surpresa que a alta energia dos raios gama seja emitida provavelmente durante o mínimo solar. Quando o ciclo solar está em baixa, ele diz, há uma redução nos “ventos” que saem com partículas carregadas - que agem como um escudo para defletir a entrada de raios cósmicos. Essa redução permite que mais raios cósmicos entrem em nosso sistema solar, e em nossa estrela. Logo, um aumento dos raios cósmicos levaria a um aumento dos raios gama.
Mas Linden e seus colegas também descobriram outra curiosidade inteiramente imprevista anteriormente: Durante o mínimo solar, a maioria dos raios gama abaixo de 50 GeV é emitida próximo ao equador do Sol. Mas, durante o resto do ciclo, eles tendem a vir de regiões polares. Isso significa que a emissão total de raios gama pelo Sol é mais intensa em seu equador no mínimo solar, e nos pólos durante o máximo solar. Para visualizar isso, imagine olhar para um enxame de vagalumes em uma jarra de vidro fosco. Se os vagalumes mais brilhantes convergem para o centro do container, seu brilho será mais vivido lá mesmo se um maior número de vagalumes obscuros estiver nas extremidades da jarra. Essa situação é de alguma forma análoga a emissão de de raios gama durante o mínimo solar. Mas se, ao contrário, os vagalumes convergirem para o topo e o fundo, seu brilho terá seu auge nesses pontos. Essa situação é análoga ao máximo solar.
A causa dessa mudança dos raios gama do polo para o equador não é sabida. “Tentei encontrar uma interpretação, mas foi uma das poucas vezes em minha vida em que fiquei totalmente sem explicações”, diz Jokipii. Mas Cohen, que também não estava envolvido no estudo, pontua que a mudança não tem correspondência com movimentos observados nas manchas solares. Essas manchas escuras na superfície solar marcam a intensa atividade magnética externa, e é provável que essas emissões de raios gama se movam do equador para os polos quando o Sol progride para o máximo solar. Cohen nota que essa tendência deve ter alguma conexão, mas atualmente ele não pode explicar o porquê. Igor Moskalenko, um astrônomo da Universidade de Stanford que não estava envolvido na pesquisa, concorda que não há uma explicação óbvia.
Uma pista pode vir de uma estranha correlação: Embora oito raios gama de energia maior do que 100 GeB tenham sido observados em pouco mais de um ano, dois deles foram detectados com duas horas entre eles e da mesma forma, como uma ejeção de massa coronal - “uma coincidência surpreendente”, Linden diz. Quando ele percebeu isso, resolveu priorizar olhar os últimos meses de dados do Fermi para descobrir se outro raio gama de alta energia foi emitido ao mesmo tempo como uma ejeção de massa coronal. “Foi definitivamente um momento incrível” ele diz, mesmo que não prove que os dois fenômenos estão conectados. Seis outras fortes ocorrências de raios gama não coincidiram com as ejeções, que normalmente acontecem no máximo solar. Então o fato de que elas possam emitir raios gama de alta energia apenas durante o mínimo solar se mostrou enigmático. Linden diz, no entanto, que essa associação potencial poderia ser apenas parte da solução, e muito mais trabalho tem que ser feito até que se possa solucionar tais especulações.
Ainda assim, Linden ficou emocionado ao ver o primeiro raio gama de alta energia a ser emitido no período de oito anos de calmaria que ocorre desde o último máximo solar, que aconteceu entre 2013 e 2014. Ele acha que “isso provavelmente indica que os próximos anos serão muito interessantes para esse tipo de ciência”. Ele planeja pesquisar diariamente nos dados do Fermi para procurar por rajadas adicionais, e trabalhar com colaboradores para obter novos dados do Observatório HAWK, no México, e da futura Sonda Solar Parker, da NASA (que irá voar mais perto do Sol do que jamais antes). “Há muita esperança de que conseguiremos obter mais dados e encontrar uma física nova aqui”, ele diz.
Então, enquanto o Sol retorna para o mínimo solar, os astrônomos estão se preparando para estudar seus raios gama na esperança de que possam entender seu misterioso interior. Embora Linden e seus colegas não possam ainda explicar exatamente por que ou como a emissão de raios gama muda com o campo magnético do Sol, é cada vez mais claro que os dois eventos estão ligados. Moskalenko argumenta que as emissões de raios gama poderiam ser usadas para traçar os campos magnéticos profundos do Sol - e potencialmente para finalmente resolver os mistérios do ciclo solar
“Esse é um enigma que conhecemos há séculos, mas não sabemos como resolvê-lo”, diz Moskalenko. “Talvez esse artigo e outros estudos futuros proporcionem alguma pista que leve a uma explicação.”
Shannon Hall
FONTE: SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL
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