Por décadas, os cientistas vêm tentando resolver um problema irritante em relação ao clima no espaço sideral:em momentos imprevisíveis, partículas de alta energia bombardeiam a Terra e objetos fora da atmosfera da Terra com radiação que pode colocar em risco a vida dos astronautas e destruir a eletrônica dos satélites. equipamento. Esses surtos podem até desencadear chuvas de radiação fortes o suficiente para atingir passageiros em aviões que sobrevoam o Pólo Norte. Apesar dos melhores esforços dos cientistas, um padrão claro de como e quando os surtos ocorrerão permaneceu difícil de identificar.
Esta semana, em um artigo no The Astrophysical Journal Letters , os autores Luca Comisso e Lorenzo Sironi, do Departamento de Astronomia da Columbia e do Laboratório de Astrofísica, usaram supercomputadores para simular quando e como as partículas de alta energia nascem em ambientes turbulentos como o da atmosfera do sol. Esta nova pesquisa abre caminho para previsões mais precisas de quando ocorrerão explosões perigosas dessas partículas.

“Esta nova e empolgante pesquisa nos permitirá prever melhor a origem das partículas energéticas solares e melhorar os modelos de previsão de eventos climáticos espaciais, um objetivo fundamental da NASA e de outras agências espaciais e governos em todo o mundo”, disse Comisso. Nos próximos dois anos, ele acrescentou, a Parker Solar Probe da NASA, a espaçonave mais próxima do Sol, poderá validar as descobertas do artigo observando diretamente a distribuição prevista de partículas de alta energia que são geradas na atmosfera externa do sol.

Em seu artigo, "Ion and Electron Acceleration in Fully Kinetic Plasma Turbulence", Comisso e Sironi demonstram que os campos magnéticos na atmosfera externa do sol podem acelerar íons e elétrons até velocidades próximas à velocidade da luz. O sol e a atmosfera externa de outras estrelas consistem em partículas em estado de plasma, um estado altamente turbulento distinto dos estados líquido, gasoso e sólido. Os cientistas há muito acreditam que o plasma do sol gera partículas de alta energia. Mas as partículas no plasma se movem de forma tão errática e imprevisível que até agora não foram capazes de demonstrar completamente como e quando isso ocorre.

Usando supercomputadores da Columbia, da NASA e do National Energy Research Scientific Computing Center, Comisso e Sironi criaram simulações de computador que mostram os movimentos exatos de elétrons e íons no plasma do sol. Essas simulações imitam as condições atmosféricas do sol e fornecem os dados mais extensos coletados até o momento sobre como e quando as partículas de alta energia se formarão.

A pesquisa fornece respostas para perguntas que os cientistas vêm investigando há pelo menos 70 anos:em 1949, o físico Enrico Fermi começou a investigar campos magnéticos no espaço sideral como uma fonte potencial das partículas de alta energia (que ele chamou de raios cósmicos) que foram observados entrando na atmosfera da Terra. Desde então, os cientistas suspeitam que o plasma do sol seja a principal fonte dessas partículas, mas provar isso definitivamente tem sido difícil.

A pesquisa de Comisso e Sironi, que foi realizada com o apoio da NASA e da National Science Foundation, tem implicações muito além do nosso próprio sistema solar. A grande maioria da matéria observável no universo está em um estado de plasma. Compreender como algumas das partículas que constituem o plasma podem ser aceleradas a níveis de alta energia é uma nova e importante área de pesquisa, uma vez que partículas energéticas são rotineiramente observadas não apenas ao redor do sol, mas também em outros ambientes do universo, incluindo os arredores de buracos negros e estrelas de nêutrons.

Enquanto o novo artigo de Comisso e Sironi se concentra no sol, outras simulações podem ser executadas em outros contextos para entender como e quando estrelas distantes, buracos negros e outras entidades do universo gerarão suas próprias explosões de energia.

"Nossos resultados estão centrados no Sol, mas também podem ser vistos como um ponto de partida para entender melhor como as partículas de alta energia são produzidas em estrelas mais distantes e em torno de buracos negros", disse Comisso. “Nós apenas arranhamos a superfície do que as simulações de supercomputadores podem nos dizer sobre como essas partículas nascem em todo o universo”. + Explorar mais

Uma nova teoria sobre como os buracos negros e as estrelas de nêutrons brilham