Um fenômeno detectado pela primeira vez no vento solar pode ajudar a resolver um antigo mistério sobre o sol:por que a atmosfera solar é milhões de graus mais quente do que a superfície.

Imagens do espectrógrafo de imagem da região de interface em órbita terrestre, também conhecido como IRIS, e o Atmospheric Imaging Assembly, também conhecido como AIA, mostram evidências de que os loops magnéticos de baixa altitude são aquecidos a milhões de graus Kelvin.

Pesquisadores da Rice University, a University of Colorado Boulder e o Marshall Space Flight Center da NASA afirmam que íons mais pesados, como o silício, são preferencialmente aquecidos tanto pelo vento solar quanto na região de transição entre a cromosfera solar e a coroa.

Lá, loops de plasma magnetizado arco continuamente, não muito diferente de seus primos na coroa acima. Eles são muito menores e difíceis de analisar, mas há muito se acredita que abrigam o mecanismo magneticamente acionado que libera rajadas de energia na forma de nanoflares.

O físico solar de Rice Stephen Bradshaw e seus colegas estavam entre aqueles que suspeitavam disso, mas nenhum tinha evidências suficientes antes do IRIS.

O espectrômetro de vôo alto foi construído especificamente para observar a região de transição. No estudo financiado pela NASA, que aparece em Astronomia da Natureza , os pesquisadores descrevem "brilhos" nos loops de reconexão que contêm fortes assinaturas espectrais de oxigênio e, especialmente, íons de silício mais pesados.

A equipe de Bradshaw, seu ex-aluno e autor principal Shah Mohammad Bahauddin, agora um membro do corpo docente de pesquisa do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial no Colorado, e a astrofísica da NASA Amy Winebarger estudou imagens IRIS capazes de resolver detalhes desses loops de região de transição e detectar bolsões de plasma superaquecido. As imagens permitem que eles analisem os movimentos e as temperaturas dos íons dentro dos loops por meio da luz que emitem, lidas como linhas espectrais que servem como "impressões digitais" químicas.

“É nas linhas de emissão que toda a física está impressa, "disse Bradshaw, professor associado de física e astronomia. "A ideia era aprender como essas estruturas minúsculas são aquecidas e esperar dizer algo sobre como a própria corona é aquecida. Este pode ser um mecanismo onipresente que opera em toda a atmosfera solar."

As imagens revelaram espectros de pontos quentes onde as linhas foram alargadas por efeitos térmicos e Doppler, indicando não apenas os elementos envolvidos nas nanoflares, mas também suas temperaturas e velocidades.

Nos pontos quentes, eles encontraram jatos reconectados contendo íons de silício movidos em direção (desviado para o azul) e para longe (desviado para o vermelho) do observador (IRIS) a velocidades de até 100 quilômetros por segundo. Nenhum desvio Doppler foi detectado para os íons de oxigênio mais leves.

Os pesquisadores estudaram dois componentes do mecanismo:como a energia sai do campo magnético, e então como ele realmente aquece o plasma.

A região de transição é apenas cerca de 10, 000 graus Fahrenheit, mas a convecção na superfície do sol afeta os loops, torcer e trançar os fios magnéticos finos que os compõem, e adiciona energia aos campos magnéticos que, em última análise, aquecem o plasma, Bradshaw disse. "As observações do IRIS mostraram que o processo está ocorrendo e estamos razoavelmente certos de que pelo menos uma resposta para a primeira parte é por meio de reconexão magnética, dos quais os jatos são uma assinatura chave, " ele disse.

Nesse processo, os campos magnéticos dos filamentos de plasma se rompem e se reconectam em locais de trança em estados de energia mais baixos, liberando energia magnética armazenada. Onde isso acontece, o plasma fica superaquecido.

Mas como o plasma é aquecido pela energia magnética liberada permaneceu um enigma até agora. "Olhamos para as regiões nessas pequenas estruturas de loop onde a reconexão estava ocorrendo e medimos as linhas de emissão dos íons, principalmente silício e oxigênio, "ele disse." Nós descobrimos que as linhas espectrais dos íons de silício eram muito mais largas do que o oxigênio. "

Isso indicou aquecimento preferencial dos íons de silício. "Precisávamos explicar isso, "Bradshaw disse." Nós demos uma olhada e pensamos e descobrimos que há um processo cinético chamado aquecimento por ciclotron de íons que favorece o aquecimento de íons pesados ​​em relação aos mais leves. "

Ele disse que ondas de íon cíclotron são geradas nos locais de reconexão. As ondas transportadas pelos íons mais pesados ​​são mais suscetíveis a uma instabilidade que faz com que as ondas "quebrem" e gerem turbulência, que espalha e energiza os íons. Isso amplia suas linhas espectrais além do que seria esperado apenas da temperatura local do plasma. No caso dos íons mais leves, pode haver energia insuficiente para aquecê-los. "De outra forma, eles não excedem a velocidade crítica necessária para desencadear a instabilidade, que é mais rápido para íons mais leves, " ele disse.

“No vento solar, íons mais pesados ​​são significativamente mais quentes do que íons mais leves, "Bradshaw disse." Isso foi medido definitivamente. Nosso estudo mostra pela primeira vez que esta também é uma propriedade da região de transição, e pode, portanto, persistir em toda a atmosfera devido ao mecanismo que identificamos, incluindo o aquecimento da coroa solar, particularmente porque o vento solar é uma manifestação da corona se expandindo no espaço interplanetário. "

A próxima pergunta, Bahauddin disse, é se esses fenômenos estão acontecendo na mesma proporção em todo o sol. "Provavelmente a resposta é não, "ele disse." Então a questão é, quanto eles contribuem para o problema de aquecimento coronal? Eles podem fornecer energia suficiente para a alta atmosfera para que ela possa manter uma coroa de milhões de graus?

"What we've shown for the transition region was a solution to an important piece of the puzzle, but the big picture requires more pieces to fall in the right place, " Bahauddin said. "I believe IRIS will be able to tell us about the chromospheric pieces in the near future. That will help us build a unified and global theory of the sun's atmosphere."