A recombinação de hidrogênio é considerada a explicação mais plausível para os altos níveis de energia em supererupções estelares
O Solar Dynamics Observatory da NASA capturou esta imagem de uma explosão solar - como visto no flash brilhante no canto superior esquerdo - em 21 de fevereiro de 2024. A imagem mostra uma mistura de luz de 171 Angstrom e 131 Angstrom, subconjuntos de luz ultravioleta extrema que destacam os loops de plasma na coroa e o material extremamente quente nas explosões, respectivamente. Recortado para destacar a região alargada. Crédito:NASA/SDO Embora o seu objectivo principal seja procurar exoplanetas, observatórios como o Telescópio Espacial Kepler e o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) forneceram uma vasta quantidade de dados sobre erupções estelares, detectadas com fotometria de alta precisão por filtros de banda larga no espectro de luz visível. .
As estrelas estão tão distantes que aparecem apenas como pontos de luz para esses telescópios, e os fenômenos interpretados como erupções estelares são aumentos abruptos no brilho desses pontos.
Há também falta de dados em outras partes do espectro eletromagnético, e a maioria dos estudos sobre esses eventos concentra-se na energia irradiada. As observações detectaram "supererupções", enormes erupções magnéticas na atmosfera de estrelas com energias 100 a 10.000 vezes maiores do que as erupções solares mais energéticas. A questão é se algum dos modelos disponíveis pode explicar níveis tão elevados de energia.
Dois modelos estão disponíveis. O mais popular trata a radiação de uma supererupção como uma emissão de corpo negro a uma temperatura de 10.000 Kelvin. A outra associa o fenômeno a um processo de ionização e recombinação de átomos de hidrogênio.
Um estudo conduzido por pesquisadores afiliados ao Centro Mackenzie de Radioastronomia e Astrofísica (CRAAM) da Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM) no Brasil e à Escola de Física e Astronomia da Universidade de Glasgow, no Reino Unido, analisou os dois modelos.
O estudo foi publicado em Avisos Mensais da Royal Astronomical Society .
“Dados os processos conhecidos de transferência de energia em explosões, argumentamos que o modelo de recombinação de hidrogénio é fisicamente mais plausível do que o modelo de corpo negro para explicar a origem da emissão óptica de banda larga das explosões”, disse Paulo Simões, primeiro autor do artigo e um professor da UPM.
Os pesquisadores analisaram 37 supererupções no sistema estelar binário Kepler-411 e cinco supererupções na estrela Kepler-396, usando os dois modelos. “Concluímos que as estimativas para a energia total da explosão com base no modelo de recombinação de hidrogénio são cerca de uma ordem de grandeza inferiores aos valores obtidos através do modelo de radiação de corpo negro e ajustam-se melhor aos processos de erupção conhecidos”, disse Simões.
Esses processos são descritos em termos de explosões solares. Apesar de muitas diferenças, as erupções solares continuam a informar os modelos nos quais as erupções estelares são interpretadas. Uma enorme quantidade de informações foi acumulada sobre erupções solares, documentadas pela primeira vez na literatura astronômica por dois astrônomos ingleses, Richard Carington e Richard Hodgson, que observaram independentemente a mesma erupção solar em 1º de setembro de 1859.
“Desde então, erupções solares têm sido observadas com brilho intenso que dura de segundos a horas e em diferentes comprimentos de onda, desde ondas de rádio e luz visível até ultravioleta e raios X. As erupções solares estão entre os fenômenos mais energéticos do nosso sistema solar e podem afetar satélites. operações, comunicações de rádio, redes elétricas e sistemas de navegação e GPS, para citar apenas alguns exemplos", disse Alexandre Araújo, Ph.D. candidata ao CRAAM, professora e coautora do artigo.
As erupções solares ocorrem em regiões ativas associadas a campos magnéticos intensos, onde quantidades abundantes de energia são liberadas abruptamente na coroa (a camada mais externa do Sol) pela reconexão do campo magnético, aquecendo o plasma e acelerando elétrons e íons, entre outras partículas.
"Por terem menos massa, os elétrons podem ser acelerados a uma grande fração da velocidade da luz, normalmente cerca de 30%, mas às vezes mais. As partículas aceleradas viajam ao longo das linhas do campo magnético, e algumas são ejetadas para o espaço interplanetário, enquanto outras vão para dentro. na direção oposta para a cromosfera, a camada abaixo da coroa, onde colidem com o plasma de alta densidade e sua energia é transferida para o meio.
“O excedente de energia aquece o plasma local, causando ionização e excitação dos átomos e, consequentemente, produzindo radiação, que podemos detectar com telescópios na superfície da Terra e no espaço”, explicou Simões.
Desde a década de 1960, muitos estudos observacionais e teóricos tentaram explicar a quantidade excepcionalmente grande de luz visível emitida pelas explosões solares, mas até o momento não foi encontrada uma solução definitiva. As explicações mais populares produzidas por esses estudos são a radiação do corpo negro proveniente do aquecimento da fotosfera, a camada abaixo da cromosfera, e a radiação de recombinação de hidrogênio na cromosfera. Essa recombinação ocorre quando prótons e elétrons separados por ionização se reúnem para formar átomos de hidrogênio.
"A limitação do primeiro caso pode ser resumida como uma questão de transporte de energia:nenhum dos mecanismos de transporte de energia normalmente aceites para explosões solares tem a capacidade de fornecer a energia necessária na fotosfera para causar aquecimento de plasma suficiente para explicar as observações, ", disse Simões.
Araújo concordou e disse:"Cálculos realizados pela primeira vez na década de 1970 e posteriormente confirmados por simulações de computador mostram que a maioria dos elétrons acelerados nas erupções solares não conseguem cruzar a cromosfera e entrar na fotosfera. O modelo do corpo negro como explicação da luz branca nas erupções solares é, portanto, incompatível com o principal processo de transporte de energia aceito para explosões solares."
Quanto ao modelo de radiação de recombinação de hidrogénio, é mais consistente do ponto de vista físico, mas infelizmente ainda não pode ser confirmado por observações, concluem os investigadores, embora o artigo forneça argumentos adicionais a favor deste modelo, que tem sido negligenciado na maioria dos estudos.
