Combinando observações e simulações de computador, um novo modelo mostra que a presença de neutros no gás facilita que os campos magnéticos penetrem na superfície do Sol produzindo as espículas. Neste estudo, liderado por um astrofísico que estudou na Universidade de La Laguna, participou do Telescópio Solar Sueco do Observatório Roque de los Muchachos em La Palma.

Em qualquer momento, até 10 milhões de cobras selvagens de material solar saltam da superfície do sol. Estas são espículas, e apesar de sua abundância, os cientistas não entenderam como esses jatos de plasma se formaram nem influenciaram o aquecimento das camadas externas da atmosfera do sol ou o vento solar. Agora, pela primeira vez, em um estudo parcialmente financiado pela NASA, cientistas modelaram a formação de espículas. Pela primeira vez, uma equipe científica revelou sua natureza combinando simulações e imagens tiradas com o espectrógrafo IRIS da NASA e o Telescópio Solar Sueco do Observatório Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). O estudo, liderado pelo Dr. Juan Martinez-Sykora, pesquisador do Laboratório Solar e Astrofísica da Lockheed Martin (Califórnia) e astrofísico da Universidade de La Laguna (ULL), é publicado hoje na revista Ciência .

As observações foram feitas com IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph da NASA), um telescópio espacial ultravioleta de 20 cm com um espectrógrafo capaz de observar detalhes de cerca de 240 km, e o telescópio solar sueco, localizado no Observatório Roque de los Muchachos. Esta espaçonave e o telescópio terrestre estudam as camadas inferiores da atmosfera solar, onde as espículas se formam:cromosfera e região de transição

Além das imagens, eles usaram simulações de computador cujo código foi desenvolvido por quase uma década. "Em nossa pesquisa, "diz o Prof. Bart De Pontieu, também autor do estudo, "ambos andam de mãos dadas." Comparamos observações e modelos para descobrir o desempenho de nossos modelos, e também como devemos interpretar nossas observações baseadas no espaço. "

Seu modelo é baseado na dinâmica do plasma - o gás quente de partículas carregadas que flui ao longo dos campos magnéticos e constitui o sol. As versões anteriores do modelo tratavam a região da interface como uniforme, ou completamente carregado, plasma, mas os cientistas sabiam que algo estava faltando porque nunca viram espículas nas simulações.

O modelo que eles geraram é baseado na dinâmica do plasma, um gás parcialmente ionizado muito quente fluindo ao longo dos campos magnéticos. As versões anteriores consideravam a baixa atmosfera como um plasma uniforme ou totalmente carregado, mas eles suspeitaram que algo estava faltando, já que nunca detectaram picos nas simulações.

A chave, os cientistas perceberam, eram partículas neutras. Eles foram inspirados na própria ionosfera da Terra, uma região da alta atmosfera onde as interações entre partículas neutras e carregadas são responsáveis ​​por vários processos dinâmicos. Em regiões mais frias do sol, como a região da interface, plasma não é realmente uniforme. Algumas partículas ainda são neutras, e as partículas neutras não estão sujeitas a campos magnéticos como as partículas carregadas. Os cientistas basearam os modelos anteriores em um plasma uniforme para simplificar o problema - a modelagem é computacionalmente cara, e o modelo final levou cerca de um ano para ser executado com os recursos de supercomputação da NASA - mas eles perceberam que as partículas neutras são uma peça necessária do quebra-cabeça.

"Normalmente os campos magnéticos são fortemente acoplados a partículas carregadas, "disse Juan Martínez-Sykora, principal autor do estudo e físico solar da Lockheed Martin. "Com apenas partículas carregadas no modelo, os campos magnéticos estavam presos, e não poderia subir à superfície. Quando adicionamos neutros, os campos magnéticos poderiam se mover mais livremente. "

Partículas neutras facilitam a flutuabilidade de que os nós marcados de energia magnética precisam para subir através do plasma fervente e alcançar a superfície. Lá, eles quebram produzindo espículas, liberando plasma e energia. As simulações corresponderam estreitamente às observações; as espículas ocorreram naturalmente e com freqüência.

"Este resultado é um exemplo claro do avanço que pode ser alcançado pela combinação de métodos teórico-numéricos poderosos, observações de última geração e ferramentas de supercomputação para entender melhor os fenômenos astrofísicos ", explica o Prof. Fernando Moreno-Insertis, físico solar no IAC, Professor da ULL e orientador do trabalho Diploma de Estudos Avançados (DEA) de Juan Martínez-Sykora. “A grande complexidade de muitos dos fenômenos que ocorrem na atmosfera solar nos obriga a considerar ao mesmo tempo a dinâmica do gás parcialmente ionizado, o campo magnético e a interação radiação-matéria para poder explicá-los de forma satisfatória ”.

"Este resultado é um exemplo claro dos avanços que podem ser alcançados pela combinação de métodos teórico-numéricos poderosos, observações de última geração e ferramentas de supercomputação para entender melhor os fenômenos astrofísicos ", explica Fernando Moreno-Insertis, físico solar no IAC, Professor da ULL e orientador da tese DEA (equivalente a uma dissertação de mestrado) de Juan Martínez-Sykora. “A grande complexidade de muitos dos fenômenos que ocorrem na atmosfera solar nos obriga a considerar ao mesmo tempo a dinâmica do gás parcialmente ionizado, o campo magnético e a interação radiação-matéria para poder explicá-los de forma satisfatória ”.

O modelo atualizado dos cientistas também revelou algo sobre o transporte de energia solar. Acontece que a energia neste processo semelhante a um chicote é alta o suficiente para gerar ondas de Alfvén, um tipo forte de onda que os cientistas suspeitam ser a chave para aquecer a atmosfera do sol e impulsionar o vento solar, que banha constantemente o sistema solar com partículas carregadas do sol.

A Academia Nacional de Ciências premiou o Prof. Mats Carlsson e o Prof. Viggo H. Hansteen, ambos desenvolvedores do modelo e autores do estudo, com a Medalha Arctowski 2017 em reconhecimento às suas contribuições para o estudo da física solar e a conexão Sol-Terra. Juan Martínez-Sykora incluiu os efeitos produzidos pela presença das partículas neutras.