p O que acontece quando o vento solar de repente começa a soprar com mais força? De acordo com dois estudos recentes, os limites de todo o nosso sistema solar se expandem - e uma análise das partículas que ricocheteiam em suas bordas revelará sua nova forma. p No final de 2014, A nave espacial da NASA detectou uma mudança substancial no vento solar. Pela primeira vez em quase uma década, a pressão do vento solar - uma medida combinada de sua velocidade e densidade - aumentou cerca de 50 por cento e permaneceu assim por vários anos depois disso. Dois anos depois, o Interstellar Boundary Explorer, ou IBEX, nave espacial detectou o primeiro sinal do rescaldo. Partículas do vento solar do aumento de pressão de 2014 atingiram a borda da heliosfera, neutralizaram-se, e disparou todo o caminho de volta para a Terra. E eles tinham uma história para contar.

p Em dois artigos recentes, os cientistas usaram os dados do IBEX junto com modelos numéricos sofisticados para entender o que esses átomos em recuperação podem nos dizer sobre a forma e a estrutura em evolução de nossa heliosfera, a bolha gigante esculpida pelo vento solar.

p "Os resultados mostram que o aumento da pressão do vento solar em 2014 já se propagou do Sol para a heliosfera externa, transformando e expandindo os limites de nossa heliosfera em sua direção mais próxima, "disse David McComas, o investigador principal da missão IBEX na Universidade de Princeton em Princeton, Nova Jersey. "Os dados do IBEX chegando ao longo dos próximos anos nos permitirão mapear a expansão e a estrutura em evolução das outras porções dos limites externos da heliosfera."

p Do Sol à borda do sistema solar - e de volta. No ponto crucial da história estão os átomos energéticos neutros - partículas de alta energia produzidas na própria borda do nosso sistema solar.

p À medida que o vento solar flui do Sol em velocidades supersônicas, ele explode uma bolha conhecida como heliosfera. A heliosfera envolve todos os planetas do nosso sistema solar e grande parte do espaço além deles, separando o domínio do nosso Sol daquele do espaço interestelar.

p Mas a jornada do vento solar do Sol não é uma viagem tranquila. A caminho do limite de nossa heliosfera, conhecida como heliopausa, o vento solar passa por camadas distintas. O primeiro deles é conhecido como choque de terminação.

p Antes de passar pelo choque de terminação, o vento solar se expande rapidamente, amplamente desimpedido por material externo.

p "Mas no choque da rescisão, cerca de 9,3 bilhões de milhas de distância de nós em todas as direções, o vento solar diminui abruptamente. Além deste ponto, ele continua a se mover para fora, mas é muito mais quente, "disse Eric Zirnstein, autor principal de um dos artigos de Princeton.

p Uma vez além do choque de rescisão, as partículas do vento solar entram em uma zona especial do limbo conhecida como heliosheath. Embora o choque de terminação seja essencialmente esférico, acredita-se que as bordas da heliosfera descrevem mais um arco ao redor do Sol à medida que ele se move através do espaço - mais perto do Sol em direção à frente, e estendendo-se bem atrás dele, não muito diferente de um cometa com cauda. Ao longo dessas fronteiras, as partículas do vento solar se misturam às partículas do espaço interestelar. As colisões são inevitáveis:o calor, partículas de vento solar eletricamente carregadas se chocam com o mais lento, átomos neutros mais frios do espaço interestelar, roubando um elétron e se tornando neutros.

p "De lá, eles viajam balisticamente pelo espaço, e alguns voltam para a Terra, "Zirnstein disse." Estes são os átomos energéticos neutros que o IBEX observa. "

p No final de 2016, quando o gerador de imagens de átomo neutro energético do IBEX começou a captar um sinal excepcionalmente forte, O professor McComas e sua equipe começaram a investigar sua causa. Suas descobertas foram relatadas em um artigo publicado em 20 de março, 2018, no Cartas de jornal astrofísico .

p Os átomos energéticos neutros vinham de cerca de 30 graus ao sul da direção interestelar contra o vento, onde a heliosheath era conhecida por estar mais próxima da Terra.

p Para quantificar sua conexão com o aumento da pressão do vento solar em 2014, McComas e sua equipe recorreram a simulações numéricas, descobrir como tal aumento de pressão poderia afetar os átomos energéticos neutros que o IBEX observa.

p "Esses tipos de simulações envolvem um modelo para a física, que então se transforma em equações, que por sua vez são resolvidos em um supercomputador, "disse Jacob Heerikhuisen, co-autor de ambos os artigos na Universidade do Alabama em Huntsville.

p Usando modelos de computador, a equipe simulou uma heliosfera inteira, sacudiu com um aumento da pressão do vento solar, e deixe correr os números. A simulação completou uma história apenas sugerida pelos dados.

p De acordo com a simulação, assim que o vento solar atinge o choque de terminação, ele cria uma onda de pressão. Essa onda de pressão continua até a borda da heliosfera e ricocheteia parcialmente para trás, forçando as partículas a colidir dentro do ambiente de heliosheath (agora muito mais denso) pelo qual acabou de passar. É aí que nasceram os átomos energéticos neutros que o IBEX observou.

p As simulações forneceram um caso convincente:o IBEX estava de fato observando os resultados do aumento da pressão do vento solar em 2014, mais de dois anos depois.

p Mas a simulação não parou por aí. Ele também revelou que o aumento da pressão do vento solar em 2014 iria, hora extra, continuar a explodir a heliosfera ainda mais. Três anos após o aumento da pressão do vento solar - no momento em que o artigo foi publicado - o choque de terminação, a bolha interna da heliosfera, deve se expandir em sete unidades astronômicas, ou sete vezes a distância da Terra ao Sol. A heliopausa, a bolha externa, deve se expandir em duas unidades astronômicas, com mais dois no ano seguinte.

p Resumidamente, aumentando a pressão do vento solar, nossa heliosfera hoje é maior do que há alguns anos.

p A nova forma da heliosfera

p McComas e colegas estudaram os primeiros sinais do aumento da pressão do vento solar em 2014. Mas observar os dados nos próximos anos pode nos dizer ainda mais - desta vez sobre a forma em evolução de nossa heliosfera.

p "Tem havido muitos estudos, alguns de um tempo atrás, prever como deve ser a forma da heliosfera, "Zirnstein, o autor principal do artigo, relatórios. "Mas ainda está muito em debate na comunidade de modelagem. Esperamos que o aumento da pressão do vento solar em 2014 possa ajudar com isso."

p Usando os mesmos dados e simulações usados ​​no artigo anterior, Zirnstein e seus colegas correram o relógio para frente, modelando a heliosfera oito anos após o aumento da pressão do vento solar em 2014. Os resultados descrevem não apenas o passado, mas também modelam o futuro. O artigo foi publicado em 30 de maio, 2018, no The Astrophysical Journal.

p "O que achamos que deveríamos ver em um futuro próximo é um anel, expandindo pelo céu, marcando a mudança no fluxo do átomo neutro energético ao longo do tempo, "disse Zirnstein." Este anel se expande do ponto de contato inicial na heliosfera externa, na direção do heliotail. "

p Embora o sinal inicial detectado pelo IBEX em 2016 fosse um círculo sólido, não vai ficar assim. À medida que o vento solar de 2014 atinge pontos da heliopausa cada vez mais distantes, eles demoram mais para se recuperar, como um eco de uma parede distante. A forma arredondada da heliosfera faz com que esse eco reflita de volta na forma de um anel.

p Mas a principal descoberta veio de observar o anel enquanto ele se expande.

p Em sua simulação, Zirnstein e colegas descobriram que a taxa precisa na qual o anel se expande depende em parte das distâncias entre as várias camadas da heliosfera:o choque de terminação, a heliopausa, e a parte da heliosheath onde os neutros energéticos foram produzidos. Zirnstein percebeu que havia encontrado uma nova maneira de medir o tamanho e a forma da heliosfera.

p "Poderíamos estimar as distâncias para os diferentes limites da heliosfera apenas olhando para este anel mudando ao longo do tempo no céu, "disse Zirnstein.

p Zirnstein e colegas usaram sua heliosfera simulada para executar um estudo de teste. Medindo a taxa de expansão do anel (e conectando-o nas equações corretas), eles poderiam reproduzir com precisão as distâncias às estruturas-chave dentro de sua heliosfera simulada. Como eles sabiam quais eram essas distâncias em sua simulação, eles poderiam verificar seu trabalho - validando se a técnica obteve as respostas certas e deve ser precisa quando aplicada à heliosfera real.

p Deformidades no anel - desvios de um círculo perfeito - também podem revelar assimetrias na forma geral da heliosfera. "Depende de quão simétrica ou assimétrica é a heliosfera, "Zirnstein acrescentou." Se a heliosfera fosse uma forma de cometa ideal, 'o anel deve expandir simetricamente com o tempo. Mas, na realidade, isso provavelmente não vai acontecer - teremos que esperar e ver o que o IBEX nos diz. "

p Zirnstein expressou entusiasmo com a possibilidade de aprender a verdadeira forma da heliosfera.

p "Nos próximos anos, com mais dados IBEX, minha esperança é que possamos construir uma imagem 3D da forma da heliosfera, "disse Zirnstein.

p Os resultados desses dois estudos têm implicações práticas importantes. "Conectar mudanças no Sol com observações de átomos neutros energéticos nos ajudará a entender as mudanças de longo prazo nas condições perigosas para o ambiente de radiação espacial - uma espécie de clima espacial em oposição ao clima espacial, "Disse McComas." À medida que o vento solar sopra com mais e menos força, e nossa bolha solar se expande e se contrai, que afeta diretamente a quantidade de raios cósmicos que podem entrar na heliosfera, potencialmente colocando em perigo os astronautas em voos espaciais de longa duração. "

p Mas os resultados também destacam o incrível poder de nossa estrela mais próxima. Mudanças no Sol, incluindo o vento solar, têm consequências significativas, estendendo-se por bilhões de milhas no espaço, onde, Até a presente data, apenas as duas espaçonaves Voyager já se aventuraram. Com técnicas como imagens energéticas de átomos neutros, não podemos apenas imaginar, mas meça com precisão essas porções distantes da heliosfera - nosso lar na galáxia.