Bem acima da superfície, O campo magnético da Terra desvia constantemente as partículas supersônicas do sol. Essas partículas são perturbadas em regiões fora do campo magnético da Terra - e algumas são refletidas em uma região turbulenta chamada de pré-choque. Novas observações da missão THEMIS da NASA mostram que esta região turbulenta pode acelerar elétrons a velocidades próximas à velocidade da luz. Essas partículas extremamente rápidas foram observadas no espaço próximo à Terra e em muitos outros lugares do universo, mas os mecanismos que os aceleram ainda não foram concretamente compreendidos.

Os novos resultados fornecem os primeiros passos para uma resposta, enquanto abre mais perguntas. A pesquisa descobriu que os elétrons podem ser acelerados a velocidades extremamente altas em uma região mais distante da Terra do que se pensava ser possível - levando a novas investigações sobre o que causa a aceleração. Essas descobertas podem mudar as teorias aceitas sobre como os elétrons podem ser acelerados não apenas em choques próximos à Terra, mas também em todo o universo. Ter uma melhor compreensão de como as partículas são energizadas ajudará os cientistas e engenheiros a equipar melhor espaçonaves e astronautas para lidar com essas partículas, o que pode causar o mau funcionamento do equipamento e afetar os viajantes espaciais.

"Isso afeta praticamente todos os campos que lidam com partículas de alta energia, de estudos de raios cósmicos a erupções solares e ejeções de massa coronal, que têm o potencial de danificar satélites e afetar astronautas em expedições a Marte, "disse Lynn Wilson, autor principal do artigo sobre esses resultados no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.

Os resultados, publicado em Cartas de revisão física em 14 de novembro, 2016, descreva como essas partículas podem ser aceleradas em regiões específicas logo além do campo magnético da Terra. Tipicamente, uma partícula fluindo em direção à Terra encontra primeiro uma região de fronteira conhecida como choque de arco, que forma uma barreira protetora entre o Sol e a Terra. O campo magnético no choque de proa desacelera as partículas, fazendo com que a maioria seja desviada da Terra, embora alguns sejam refletidos de volta para o sol. Essas partículas refletidas formam uma região de elétrons e íons chamada região de pré-choque.

Algumas dessas partículas na região de pré-choque são altamente energéticas, elétrons e íons em movimento rápido. Historicamente, os cientistas pensaram que uma maneira dessas partículas chegarem a energias tão altas é saltando para frente e para trás através do choque do arco, ganhando um pouco de energia extra em cada colisão. Contudo, as novas observações sugerem que as partículas também podem ganhar energia por meio da atividade eletromagnética na própria região do foreshock.

As observações que levaram a essa descoberta foram tiradas de um dos satélites de missão THEMIS - abreviação de Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms. Os cinco satélites THEMIS circundaram a Terra para estudar como a magnetosfera do planeta capturou e liberou energia eólica solar, a fim de entender o que inicia as subtempestades geomagnéticas que causam a aurora. As órbitas do THEMIS levaram a espaçonave através das regiões de fronteira do abalo. A missão THEMIS primária foi concluída com sucesso em 2010 e agora dois dos satélites coletam dados em órbita ao redor da lua.

Operando entre o Sol e a Terra, a espaçonave encontrou elétrons acelerados a energias extremamente altas. As observações aceleradas duraram menos de um minuto, mas eram muito maiores do que a energia média das partículas na região, e muito mais alto do que pode ser explicado apenas por colisões. As observações simultâneas das espaçonaves Wind e STEREO não mostraram rajadas de rádio solar ou choques interplanetários, portanto, os elétrons de alta energia não se originaram da atividade solar.

"Este é um caso intrigante porque estamos vendo elétrons energéticos onde não achamos que deveriam estar, e nenhum modelo se encaixa neles, "disse David Sibeck, co-autor e cientista do projeto THEMIS na NASA Goddard. "Existe uma lacuna em nosso conhecimento, falta algo básico. "

Os elétrons também não podem ter se originado do choque de arco, como se pensava anteriormente. Se os elétrons foram acelerados no choque de arco, eles teriam uma direção de movimento e localização preferenciais - em linha com o campo magnético e se afastando do choque de proa em um pequeno, região específica. Contudo, os elétrons observados estavam se movendo em todas as direções, não apenas ao longo das linhas do campo magnético. Adicionalmente, o choque de arco só pode produzir energias em cerca de um décimo das energias dos elétrons observados. Em vez de, a causa da aceleração dos elétrons foi encontrada na própria região do foreshock.

"Parece sugerir que coisas em escala incrivelmente pequena estão fazendo isso porque as coisas de grande escala não podem explicar isso, "Wilson disse.

Partículas de alta energia foram observadas na região do foreshock por mais de 50 anos, mas até agora, ninguém tinha visto os elétrons de alta energia originando-se da região anterior. Isso é parcialmente devido à curta escala de tempo em que os elétrons são acelerados, como as observações anteriores tiveram média de vários minutos, que pode ter escondido qualquer evento. THEMIS reúne observações muito mais rapidamente, tornando-o exclusivamente capaz de ver as partículas.

Próximo, os pesquisadores pretendem reunir mais observações do THEMIS para determinar o mecanismo específico por trás da aceleração dos elétrons.