Em um estudo publicado em Astronomia da Natureza , uma equipe internacional de pesquisadores apresentou um novo, olhar detalhado dentro do "motor central" de uma grande explosão solar acompanhada por uma poderosa erupção capturada pela primeira vez em 10 de setembro, 2017 pelo Owens Valley Solar Array (EOVSA) - uma instalação de radiotelescópio solar operada pelo Centro de Pesquisa Solar Terrestre (CSTR) do New Jersey Institute of Technology (NJIT).

As novas descobertas, com base nas observações da EOVSA do evento em comprimentos de onda de microondas, oferecem as primeiras medições que caracterizam os campos magnéticos e as partículas no centro da explosão. Os resultados revelaram uma enorme "folha" de corrente elétrica que se estende por mais de 40, 000 quilômetros através da região de alargamento do núcleo, onde linhas de campo magnético opostas se aproximam, quebrar e reconectar, gerando a intensa energia que alimenta o flare.

Notavelmente, as medições da equipe também indicam uma estrutura semelhante a uma garrafa magnética localizada no topo da base em forma de loop do flare (conhecida como arcada do flare) a uma altura de quase 20, 000 quilômetros acima da superfície do sol. A estrutura, a equipe sugere, é provavelmente o local principal onde os elétrons altamente energéticos do flare são aprisionados e acelerados quase à velocidade da luz.

Os pesquisadores dizem que a nova visão do estudo sobre o motor central que impulsiona essas erupções poderosas pode ajudar as futuras previsões do clima espacial para liberações de energia potencialmente catastróficas de erupções solares - as explosões mais poderosas do sistema solar, capaz de interromper gravemente tecnologias na Terra, como operações de satélite, Sistemas de navegação e comunicação GPS, entre muitos outros.

"Um dos principais objetivos desta pesquisa é compreender melhor a física fundamental das erupções solares, "disse Bin Chen, o principal autor do artigo e professor de física no NJIT. "Há muito tempo se sugere que a liberação repentina de energia magnética através da folha de corrente de reconexão é responsável por essas grandes erupções, ainda não houve medição de suas propriedades magnéticas. Com este estudo, finalmente medimos os detalhes do campo magnético de uma folha atual pela primeira vez, dando-nos uma nova compreensão do motor central das principais erupções do Sol. "

"O lugar onde toda a energia é armazenada e liberada em explosões solares era invisível até agora. ... Para brincar com um termo da cosmologia, é o problema de energia escura do Sol, 'e, anteriormente, tivemos que inferir indiretamente que a folha de reconexão magnética do flare existia, "disse Dale Gary, Diretor da EOVSA na NJIT e co-autor do artigo. "As imagens da EOVSA feitas em muitas frequências de micro-ondas mostraram que podemos capturar as emissões de rádio para iluminar esta importante região. Assim que obtivemos esses dados, e as ferramentas de análise criadas pelos co-autores Gregory Fleishman e Gelu Nita, pudemos começar a analisar a radiação para permitir essas medições. "

No início deste ano na revista Ciência , a equipe relatou que poderia finalmente fornecer medições quantitativas da intensidade do campo magnético em evolução diretamente após a ignição do flare.

Continuando sua investigação, a última análise da equipe combinou simulações numéricas realizadas no Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian (CfA) com as observações de imagens espectrais da EOVSA e dados de vários comprimentos de onda - abrangendo ondas de rádio a raios X - coletados da explosão solar de tamanho X8.2. A erupção é a segunda maior que ocorreu no último ciclo solar de 11 anos, ocorrendo com uma ejeção de massa coronal rápida (CME) que levou a um choque em grande escala na coroa solar superior.

Entre as surpresas do estudo, os pesquisadores descobriram que o perfil medido do campo magnético ao longo da folha atual do flare correspondia às previsões das simulações numéricas da equipe, que foram baseados em um modelo teórico conhecido para explicar a física da explosão solar, proposto pela primeira vez na década de 1990 com uma forma analítica.

"Ficamos surpresos que o perfil do campo magnético medido da folha atual correspondeu perfeitamente à previsão teórica feita décadas atrás, "disse Chen.

"A força do campo magnético do Sol desempenha um papel fundamental na aceleração do plasma durante uma erupção. Nosso modelo foi usado para calcular a física das forças magnéticas durante essa erupção, que se manifesta como uma 'corda' altamente torcida de linhas de campo magnético, ou corda de fluxo magnético, "explicou Kathy Reeves, astrofísico do CfA e coautor do estudo. "É notável que este processo complicado possa ser capturado por um modelo analítico simples, e que os campos magnéticos preditos e medidos combinam tão bem. "

As simulações, realizada por Chengcai Shen no CfA, foram desenvolvidos para resolver numericamente as equações governantes para quantificar o comportamento do plasma eletricamente condutor em todo o campo magnético do flare. Ao aplicar uma técnica computacional avançada conhecida como "refinamento de malha adaptativa, "a equipe foi capaz de resolver a fina folha de reconexão atual e capturar sua física detalhada em escalas espaciais superfinas abaixo de 100 quilômetros.

"Nossos resultados de simulação correspondem à previsão teórica sobre a configuração do campo magnético durante uma erupção solar e reproduzem um conjunto de características observáveis ​​desta erupção em particular, incluindo força magnética e entrada / saída de plasma em torno da folha de corrente de reconexão, "Shen observou.

Medições chocantes

As medições da equipe e os resultados de simulação correspondentes revelaram que a folha atual do flare apresenta um campo elétrico que produz um choque 4, 000 volts por metro. Um campo elétrico tão forte está presente em 40, Região de 000 quilômetros, maior do que o comprimento de três Terras colocadas lado a lado.

A análise também mostrou uma enorme quantidade de energia magnética sendo bombeada para a folha atual a uma taxa estimada de 10-100 bilhões de trilhões (10 ²² -10 ²³ ) joules por segundo, ou seja, a quantidade de energia sendo processada no motor do queimador, dentro de cada segundo, é equivalente à energia total liberada pela explosão de cerca de cem mil das mais poderosas bombas de hidrogênio (classe de 50 megatons) ao mesmo tempo.

"Essa enorme liberação de energia na folha atual é alucinante. O forte campo elétrico gerado lá pode facilmente acelerar os elétrons para energias relativísticas, mas o fato inesperado que descobrimos foi que o perfil do campo elétrico na região da folha atual não coincidiu com a distribuição espacial dos elétrons relativísticos que medimos, "disse Chen." Em outras palavras, algo mais precisava estar em jogo para acelerar ou redirecionar esses elétrons. O que nossos dados mostraram foi uma localização especial na parte inferior da folha atual - a garrafa magnética - parece ser crucial na produção ou confinamento dos elétrons relativísticos. "

"Embora a folha atual pareça ser o lugar onde a energia é liberada para fazer a bola rolar, a maior parte da aceleração do elétron parece estar ocorrendo neste outro local, a garrafa magnética. ... Frascos magnéticos semelhantes estão em desenvolvimento para confinar e acelerar partículas em alguns reatores de fusão de laboratório ", acrescentou Gary." Outros já propuseram tal estrutura em erupções solares antes, mas podemos realmente ver isso agora nos números. "

Aproximadamente 99% dos elétrons relativísticos do flare foram observados se reunindo na garrafa magnética durante a emissão de cinco minutos.

Por enquanto, Chen diz que o grupo será capaz de aplicar essas novas medições como uma linha de base comparativa para estudar outros eventos de explosão solar, bem como explorar o mecanismo exato que acelera as partículas combinando as novas observações, simulações numéricas e teorias avançadas. Por causa das capacidades inovadoras do EOVSA, A NJIT foi recentemente selecionada para participar de uma colaboração conjunta do Centro de Ciências da NASA / NSF DRIVE sobre a liberação de energia de chama solar (SolFER).

"Nosso objetivo é desenvolver uma compreensão completa das explosões solares, de sua iniciação até que finalmente espalhem partículas altamente energizadas no vento solar, e eventualmente, no ambiente espacial da Terra, "disse Jim Drake, professor de física da Universidade de Maryland e investigador principal do SolFER que não esteve envolvido neste estudo. "Essas primeiras observações já estão sugerindo que os elétrons relativísticos podem estar presos em uma grande garrafa magnética produzida à medida que os campos magnéticos da corona se 'reconectam' para liberar sua energia. ... As observações EOVSA continuarão nos ajudando a desvendar como o campo magnético impulsiona esses elétrons energéticos. "

"Investigar mais profundamente o papel da garrafa magnética na aceleração e transporte de partículas exigirá uma modelagem mais avançada para comparar com as observações de EOVSA, "disse Chen." Certamente há grandes perspectivas para estudarmos que abordem essas questões fundamentais. "