O véu coronal:os arcos magnéticos dos sóis são uma ilusão de ótica?

Loops coronais no Sol são capturados em luz ultravioleta usando o canal 171 ångström do instrumento Atmospheric Imaging Assembly (AIA) no Solar Dynamics Observatory da NASA. Crédito:NASA/SDO

De longe, o Sol aparece em branco e inexpressivo na luz visível. Mas através de um telescópio solar em diferentes comprimentos de onda, revela-se muito, muito mais.
Na luz ultravioleta extrema, o Sol se assemelha a uma bola de lã amarrotada. Ele está repleto de arcos radiantes gigantes conhecidos como loops coronais subindo pela coroa do Sol, ou atmosfera externa. Os laços coronais são considerados fundamentais para o funcionamento do Sol. Compreender como eles se formam, mudam e se movem é um dos principais objetivos para entender nossa estrela mais próxima.

Pelo menos é o que os pesquisadores supõem há muito tempo. Em um artigo recente, a física solar Anna Malanushenko e seus coautores argumentam que alguns loops coronais podem não ser o que parecem ser. Em vez disso, às vezes podem ser ilusões de ótica criadas por dobras ou rugas em "folhas" muito maiores de material solar que os autores chamam de véus coronais.

"Se isso estiver realmente correto, teremos que mudar toda a maneira como olhamos e interpretamos os loops coronais", disse Malanushenko, cientista do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica em Boulder, Colorado, e principal autor do artigo publicado em O Jornal Astrofísico.

Desde a captura das primeiras imagens de loops coronais no final dos anos 60, os cientistas levantaram a hipótese de qual poderia ser sua estrutura 3D. O modelo convencional os via como "tubos" magnéticos formados pelas linhas do campo magnético do Sol. Os próprios tubos são invisíveis; o que vemos é o material solar brilhante que flui através deles como água em uma mangueira de jardim. Este modelo de "mangueira de jardim" de loops coronais se encaixa bem com a física conhecida e não havia razão para duvidar, pelo menos no início. Mas, eventualmente, as observações que não se encaixavam começaram a se acumular.

Assim como o ar da Terra fica mais fino em altitudes mais altas, o plasma brilhante do Sol, ou gás eletricamente carregado, fica mais fino com a altura. É por isso que ele fica mais escuro com a altura, e se as alças coronais realmente são tubos de plasma, também deveriam ser. Mas muitos loops mantêm um brilho consistente, sem explicação óbvia.

Esta imagem ultravioleta de loops coronais no Sol foi tirada usando o canal de 335 angström do telescópio Atmospheric Imaging Assembly no Solar Dynamics Observatory da NASA. A Terra é mostrada em escala. A imagem mostra o plasma solar a temperaturas em torno de 4,5 milhões de graus Fahrenheit (2,5 milhões de graus Celsius) colorido em azul. Nesta imagem, os laços se estendem longe da superfície solar sem se expandir muito com a altura, o que é contrário à física esperada de acordo com o modelo de “mangueira de jardim” de laços coronais. Crédito:NASA/SDO

Se os loops coronais traçarem as linhas do campo magnético do Sol, eles devem inflar à medida que se afastam do Sol à medida que o campo magnético se expande para preencher o espaço. "Mas eles não ficam tão largos quanto achamos que deveriam", disse Malanushenko. "A maioria deles fica muito magra e não entendemos o porquê."

Algo não estava dando certo, e Malanushenko começou a questionar as próprias observações. Afinal, a coroa do Sol é "opticamente fina" ou translúcida, como neblina ou fumaça. Ela queria entender os truques ópticos que poderiam ocorrer nesse tipo de ambiente.

Malanushenko decidiu simular o processo de observação de loops coronais com um computador. Ela reaproveitou uma simulação 3D do Sol originalmente usada para estudar erupções, depois escreveu um programa para "observá-lo". Ela acionou a simulação e seu programa tirou "imagens" 2D dela, assim como os telescópios nos dão instantâneos 2D do Sol real. Com certeza, os instantâneos revelaram arcos brilhantes – loops coronais artificiais em um Sol simulado.

Mas, ao contrário do Sol real, Malanushenko podia pausar o Sol simulado e observar suas estruturas 3D atrás deles. E ela encontrou algo marcadamente diferente de tubos semelhantes a mangueiras de jardim.

"Não tenho palavras para descrevê-lo, porque isso não é como nada que vemos na Terra", disse Malanushenko, "quero dizer que essa formação parece nuvens de fumaça, ou talvez um véu ou cortinas enrugadas ."

Malanushenko criou um modelo simples para ilustrar como um véu poderia produzir a ilusão de laços coronais. A sombra criada contra a parede representa a imagem 2D que vemos nos telescópios solares. As dobras e rugas do véu criam um padrão de fios mais escuros e brilhantes, de certa forma semelhantes à imagem lançada por fios semelhantes a tubos reais.

Este modelo simplificado compara o modelo “mangueira de jardim” de alças coronais (esquerda) com o modelo de véu coronal (direita). Em ambas as imagens, a bola representa o Sol, e a sombra representa a imagem do Sol que seria observada por telescópios. À esquerda, fios ou tubos individuais conectam uma parte da superfície do Sol a outra. A sombra revela estruturas óbvias em forma de laço. À direita, um “véu” ou folha translúcida mais complicado conecta uma parte da superfície do Sol a outra. A sombra ainda cria a impressão de fios em forma de laço que em alguns lugares lembram aqueles criados pelo modelo de mangueira de jardim. Crédito:Anna Malanushenko

"Mas muitos dos fios que você vê aqui são apenas um efeito de projeção. Eles não são reais", disse Malanushenko.

Malanushenko e seus coautores são rápidos em esclarecer que nem todos os loops coronais são ilusões visuais. Houve muitos casos em que estruturas semelhantes a mangueiras de jardim realmente se formaram, mesmo na simulação que Malanushenko estudou.

"Seria emocionante se pudéssemos dizer 'Nosso pensamento estava errado, temos um paradigma totalmente novo'", disse Jim Klimchuk, físico solar do Goddard Space Flight Center da NASA e coautor do artigo. "Não é bem assim, mas esses véus, tenho certeza que existem, e agora é uma questão de proporções:os véus são mais comuns ou os laços são mais comuns?"

Uma coisa que os co-autores concordam é que agora há muito mais trabalho a fazer.

"Agora, temos alguma ideia de por que essas estruturas de véu são produzidas?" perguntou Malanushenko. "Não! Nós literalmente acabamos de descobri-los. Agora precisamos explicá-los, e ainda não temos uma boa explicação." + Explorar mais