As erupções solares são explosões violentas no sol que lançam partículas carregadas de alta energia, às vezes em direção à Terra, onde interrompem as comunicações e colocam em perigo satélites e astronautas.

Mas, como os cientistas descobriram em 1996, as erupções também podem criar atividade sísmica - terremotos - liberando ondas acústicas impulsivas que penetram profundamente no interior do sol.

Embora a relação entre erupções solares e terremotos ainda seja um mistério, novas descobertas sugerem que esses "transientes acústicos" - e as ondulações da superfície que eles geram - podem nos dizer muito sobre as erupções e um dia nos ajudar a prever seu tamanho e gravidade.

Uma equipe de físicos dos Estados Unidos, A Colômbia e a Austrália descobriram que parte da energia acústica liberada de um flare em 2011 emanou de cerca de 1, 000 quilômetros abaixo da superfície solar - a fotosfera - e, portanto, muito abaixo da explosão solar que desencadeou o terremoto.

Os resultados, publicado em 21 de setembro na Cartas de jornal astrofísico , vêm de uma técnica de diagnóstico chamada holografia heliossêmica, introduzido no final dos anos 1900 pela cientista francesa Françoise Roddier e amplamente desenvolvido pelos cientistas americanos Charles Lindsey e Douglas Braun, agora na NorthWest Research Associates em Boulder, Colorado, e co-autores do artigo.

A holografia heliosísmica permite que os cientistas analisem as ondas acústicas desencadeadas por foguetes para sondar suas fontes, tanto quanto as ondas sísmicas de mega-terremotos na Terra permitem que os sismólogos localizem seus epicentros. A técnica foi aplicada pela primeira vez a transientes acústicos liberados de flares por um estudante de pós-graduação na Romênia, Alina-Catalina Donea, sob a supervisão de Lindsey e Braun. Donea está agora na Monash University em Melbourne, Austrália.

"É o primeiro diagnóstico heliossêmico projetado especificamente para discriminar diretamente as profundezas das fontes que reconstrói, bem como suas localizações horizontais, "Braun disse.

"Não podemos ver o interior do sol diretamente. É opaco para os fótons que nos mostram a atmosfera externa do sol, de onde eles podem escapar para alcançar nossos telescópios, "disse o co-autor Juan Camilo Buitrago-Casas, uma Universidade da Califórnia, Berkeley, Doutoranda em Física pela Colômbia. "A forma como podemos saber o que acontece dentro do Sol é por meio de ondas sísmicas que fazem ondulações na superfície solar semelhantes às causadas por terremotos em nosso planeta. Uma grande explosão, como um sinalizador, pode injetar um poderoso pulso acústico no sol, cuja assinatura subsequente podemos usar para mapear sua origem com alguns detalhes. A grande mensagem deste artigo é que a origem de pelo menos parte desse ruído está profundamente submersa. Estamos relatando a fonte mais profunda de ondas acústicas até agora conhecida no sol. "

Como os terremotos produzem ondulações na superfície do sol

As explosões acústicas que causam terremotos em algumas erupções irradiam ondas acústicas em todas as direções, principalmente para baixo. À medida que as ondas descendentes se movem através de regiões de temperatura sempre crescente, seus caminhos são dobrados por refração, em última análise, voltando à superfície, onde eles criam ondulações como aquelas vistas depois de jogar uma pedra em um lago. O tempo entre a explosão e a chegada das ondulações é de cerca de 20 minutos.

"As ondulações, então, não são apenas um fenômeno superficial, mas a assinatura da superfície de ondas que foram profundamente abaixo da região ativa e então voltaram para a superfície externa na hora seguinte, "Lindsey disse. Analisar as ondulações da superfície pode identificar a fonte da explosão.

"Supõe-se que as ondas liberadas por explosões acusticamente ativas são injetadas no interior solar de cima. O que estamos descobrindo é a forte indicação de que parte da fonte está muito abaixo da fotosfera, "disse Juan Carlos Martínez Oliveros, pesquisador de física solar no Laboratório de Ciências Espaciais da UC Berkeley e natural da Colômbia. "Parece que os sinalizadores são os precursores, ou gatilho, do transiente acústico liberado. Há algo mais acontecendo dentro do sol que está gerando pelo menos parte das ondas sísmicas. "

"Usando uma analogia da medicina, o que nós (físicos solares) fazíamos antes era como usar raios X para observar um instantâneo do interior do sol. Agora, estamos tentando fazer uma tomografia computadorizada, para ver o interior solar em três dimensões, "acrescentou Martínez Oliveros.

Os colombianos, incluindo os alunos Ángel Martínez e Valeria Quintero Ortega na Universidad Nacional de Colombia, em Bogotá, são co-autores do artigo ApJ Letters com seu supervisor, Benjamín Calvo-Mozo, professor associado de astronomia.

"Nós sabemos sobre ondas acústicas de flares há pouco mais de 20 anos, e temos imaginado suas fontes horizontalmente desde então. Mas descobrimos apenas recentemente que algumas dessas fontes estão submersas abaixo da superfície solar, "disse Lindsey." Isso pode ajudar a explicar um grande mistério:algumas dessas ondas acústicas emanaram de locais que são desprovidos de distúrbios locais da superfície que podemos ver diretamente na radiação eletromagnética. Há muito tempo que nos perguntamos como isso pode acontecer. "

Um sol sismicamente ativo

Por mais de 50 anos, astrônomos sabem que o sol reverbera com ondas sísmicas, muito parecido com a Terra e seu zumbido constante de atividade sísmica. Esta atividade, que pode ser detectado pelo deslocamento Doppler da luz que emana da superfície, é considerado como sendo impulsionado por tempestades convectivas que formam uma colcha de retalhos de grânulos do tamanho do Texas, cobrindo a superfície do sol e continuamente estrondeando.

Em meio a esse ruído de fundo, regiões magnéticas podem desencadear explosões violentas, liberando ondas que fazem as ondulações espetaculares que aparecem na superfície do sol na hora seguinte, como descoberto há 24 anos pelos astrônomos Valentina Zharkova e Alexander Kosovichev.

À medida que mais terremotos foram descobertos, flare sismology floresceu, assim como as técnicas para explorar sua mecânica e sua possível relação com a arquitetura do fluxo magnético subjacente às regiões ativas.

Entre as questões em aberto:Quais foguetes produzem e não produzem terremotos? Os terremotos podem ocorrer sem uma erupção? Por que os terremotos emanam principalmente das bordas das manchas solares, ou penumbrae? Os flares mais fracos produzem terremotos? Qual é o limite inferior?

Até agora, a maioria das erupções solares foram estudadas como únicas, desde chamas fortes, mesmo durante os períodos de máxima atividade solar, pode ocorrer apenas algumas vezes por ano. O foco inicial era o maior, ou classe X, chamas, classificados pela intensidade dos raios X suaves que emitem. Buitrago-Casas, que obteve seu bacharelado e mestrado na Universidad Nacional de Colombia, juntou-se a Lindsey e Martínez Oliveros para conduzir um levantamento sistemático de erupções solares relativamente fracas para aumentar seu banco de dados, para uma melhor compreensão da mecânica dos terremotos.

Dos 75 foguetes capturados entre 2010 e 2015 pelo satélite RHESSI - um satélite de raios-X da NASA projetado, construído e operado pelo Laboratório de Ciências Espaciais e retirado em 2018-18, produziu terremotos. Um dos transientes acústicos de Buitrago-Casas, aquele lançado pelo flare de 30 de julho, 2011, chamou a atenção dos alunos de graduação Martínez, agora um estudante de graduação, e Quintero Ortega.

"Fornecemos aos nossos alunos colaboradores da Universidade Nacional a lista de sinalizadores de nossa pesquisa. Eles foram os primeiros a dizer:'Olhe para este. É diferente! O que aconteceu aqui? '"Buitrago-Casas disse." E então, nós descobrimos. Foi super emocionante! "

Martínez and Quintero Ortega are the first authors on a paper describing the extreme impulsivity of the waves released by that flare of July 30, 2011, that appeared in the May 20, 2020, issue of The Cartas de jornal astrofísico . These waves had spectral components that gave the researchers unprecedented spatial resolution of their source distributions.

Thanks to superb data from NASA's Solar Dynamics Observatory satellite, the team was able to pinpoint the source of the explosion that generated the seismic waves 1, 000 kilometers below the photosphere. This is shallow, relative to the sun's radius of nearly 700, 000 kilometers, but deeper than any previously known acoustic source in the sun.

A source submerged below the sun's photosphere with its own morphology and no conspicuous directly overlying disturbance in the outer atmosphere suggests that the mechanism that drives the acoustic transient is itself submerged.

"It may work by triggering a compact explosion with its own energy source, like a remotely triggered earthquake, " Lindsey said. "The flare above shakes something beneath the surface, and then a very compact unit of submerged energy gets released as acoustic sound, " he said. "There is no doubt that the flare is involved, it's just that the existence of this deep compact source suggests the possibility of a separate, distinctive, compact, submerged energy source driving the emission."

About half of the medium-sized solar flares that Buitrago-Casas and Martínez Oliveros have catalogued have been associated with sunquakes, showing that they commonly occur together. The team has since found other submerged sources associated with even weaker flares.

The discovery of submerged acoustic sources opens the question of whether there are instances of acoustic transients being released spontaneously, with no surface disturbance, or no flare, em absoluto.

"If sunquakes can be generated spontaneously in the sun, this might lead us to a forecasting tool, if the transient can come from magnetic flux that has yet to break the sun's surface, " Martínez Oliveros said. "We could then anticipate the inevitable subsequent emergence of that magnetic flux. We may even forecast some details about how large an active region is about to appear and what type—even, possibly, what kinds of flares—it might produce. This is a long shot, but well worth looking into."