Embora muitos estudos tenham comparado as propriedades magnéticas de erupções solares confinadas e eruptivas, poucos consideraram as propriedades termodinâmicas de erupções confinadas e menos ainda em comparação com as eruptivas.



Maria Kazachenko, professora assistente no Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias da Universidade do Colorado em Boulder, é uma das poucas que explorou este assunto. Em um artigo publicado no The Astrophysical Journal e apresentada na AAS Nova, ela conduziu um estudo quantificando as propriedades termodinâmicas e magnéticas de centenas de explosões solares.

As explosões solares são enormes explosões de radiação eletromagnética do sol. Eles acontecem quando a energia armazenada em campos magnéticos, geralmente acima das manchas solares, é liberada repentinamente. Algumas explosões envolvem uma ejeção de massa coronal (CME), na qual uma enorme quantidade de partículas carregadas, ou plasma, é expelida.

Alguns dos resultados do estudo confirmam as conclusões de investigações anteriores. No entanto, o artigo também inclui novas informações que sugerem que as explosões confinadas, ou as explosões sem CME associada, podem ser mais eficientes na aceleração de partículas e, portanto, também na produção de radiação ionizante.

O que é uma explosão solar?

As erupções solares são causadas pelos campos magnéticos do Sol, que são mais fortes nas áreas escuras chamadas manchas solares. Quando inativos, esses campos parecem loops. No entanto, quando os fluxos subterrâneos do Sol começam a distorcer e torcer as manchas solares às quais estão ligados, os campos magnéticos também ficam distorcidos.

“Você poderia imaginar isso como um elástico que começa a torcer”, explica Kazachenko. "Em algum momento, você corta, então... a energia será liberada e você terá um estalo na mão."

Assim como a energia elástica do elástico é liberada quando ele é cortado, uma fração da energia magnética do sol é liberada durante um processo chamado reconexão magnética. A reconexão magnética pode assumir diferentes formas, mas “uma das configurações mais simples”, diz Kazachenko, “é quando você tem duas linhas de campo em direções opostas sendo empurradas uma contra a outra… os campos magnéticos podem mudar repentinamente sua configuração e liberar uma enorme quantidade de energia , semelhante a elásticos que são cortados de repente."

A energia magnética livre liberada durante a reconexão magnética é armazenada em correntes de plasma. As correntes elétricas produzem campos magnéticos, como vistos nos eletroímãs, e as partículas carregadas que se movem dentro do plasma solar funcionam de forma semelhante.

Erupções confinadas e eruptivas

Embora algumas erupções solares estejam associadas a CMEs, onde o plasma é ejetado da atmosfera solar para o espaço, outras não o são. Se uma explosão solar estiver associada a uma CME, ela é considerada eruptiva; se não tiver CME associado, é considerado confinado. A diferença entre os dois é mais profunda do que isso, no entanto, porque os mecanismos que determinam se uma erupção é confinada ou eruptiva também podem decidir a rapidez com que os campos magnéticos se reconectarão e quanta radiação de raios X e raios gama ela emitirá.

Como o próprio nome sugere, as chamas confinadas são incapazes de escapar da atmosfera solar devido a influências restritivas. Estas influências, conhecidas como campos de cintagem, também são magnéticas. Por esta razão, regiões ativas com mais fluxo magnético também possuem campos de cintagem mais fortes e, portanto, são menos propensas a serem eruptivas.

De acordo com Kazachenko, isso explica por que as erupções confinadas que ela estudou tinham temperaturas mais altas e sofreram reconexão mais rapidamente do que as erupções eruptivas com o mesmo pico de fluxo de raios X:"Em erupções confinadas, a reconexão acontece mais baixo porque você tem uma ligação muito forte campo da região ativa que não permite que a estrutura suba... os campos são mais fortes na parte inferior, então a reconexão ocorre muito mais rápido."

Embora a importância de uma reconexão mais rápida possa não ser imediatamente óbvia, o artigo de pesquisa explica:“À medida que taxas de reconexão mais altas levam a íons e elétrons mais acelerados, grandes explosões confinadas poderiam ser mais eficientes na produção de radiação eletromagnética ionizante do que explosões eruptivas”.

Isto não quer dizer que mais energia seja libertada durante a reconexão de uma explosão confinada; na verdade, as erupções eruptivas têm a mesma quantidade de fluxo reconectado que as erupções confinadas. Em vez disso, como a energia é libertada mais rapidamente em explosões confinadas, elas podem acelerar iões e eletrões do plasma solar de forma mais eficiente.

Clima espacial neste sistema solar e além

Quando se trata de clima espacial, as CMEs e as tempestades geomagnéticas que elas podem causar costumam receber mais atenção. Isto tem uma boa razão:embora seja raro as CMEs chegarem à Terra, as consequências são terríveis quando o fazem.

Na pior das hipóteses, uma tempestade geomagnética danificaria ou destruiria equipamentos de transmissão elétrica, causando apagões em grande escala. Além disso, tal tempestade perturbaria certos tipos de comunicação, danificaria o hardware dos satélites e exporia os astronautas e aviadores de alta altitude a radiação potencialmente letal. Embora estas sejam apenas previsões, as evidências baseiam-se, em parte, na tempestade geomagnética de 1859, que teve efeitos pronunciados, causando faíscas e incêndios em estações telegráficas.

Pesquisas como a de Kazachenko contribuem para uma compreensão mais ampla de como funcionam as explosões solares, o que poderá um dia permitir aos cientistas prever com maior precisão quando irão acontecer e, assim, evitar as piores consequências de uma tempestade geomagnética, dando às pessoas tempo para tomar medidas preventivas. No entanto, seus estudos também têm implicações mais amplas.

"O que acontece em outras estrelas?" Kazachenko pergunta. "Existem explosões lá? Existem CMEs lá? A partir de estudos recentes, parece que existem milhares de explosões lá, mas as CMEs, as ejeções de massa coronal, são muito difíceis de determinar."

Embora seja possível que estrelas como o Sol sofram regularmente CMEs e que os cientistas e investigadores tenham simplesmente sido incapazes de detectar a maioria delas, as evidências actuais sugerem que as erupções confinadas desempenham um papel maior no clima espacial de outros sistemas solares do que neste. um. Por esta razão, o tipo de explosão solar aparentemente menos impactante pode determinar se os exoplanetas são habitáveis ​​– um grande interesse para os astrónomos que procuram exoplanetas adequados para colonização.

“Portanto, é uma questão fundamental, tanto… para a segurança do nosso equipamento, mas também para a compreensão de outros planetas”, diz Kazachenko.

Inquérito futuro

Embora Kazachenko tenha descoberto uma propriedade única das explosões solares confinadas, ainda há trabalho a ser feito, diz ela. O seu estudo sugere que as explosões confinadas reconectam os campos magnéticos mais rapidamente e potencialmente aceleram as partículas carregadas de forma mais eficiente do que as eruptivas, mas as propriedades destas partículas estão fora do seu âmbito.

Deveria haver um estudo de acompanhamento, diz Kazachenko. “Onde você realmente olha para a população estatística da aceleração das partículas em ambos os grupos de explosões… mas é aí que eu acho que está o futuro:olhar não apenas para um evento singular em grande detalhe, mas beneficiar destas observações surpreendentes que temos agora. muitos satélites diferentes voando para lá, como o novo satélite lançado pela NASA e pela Agência Espacial Europeia chamado Solar Orbiter."

Mais informações: Maria D. Kazachenko, Um banco de dados de propriedades magnéticas e termodinâmicas de explosões solares confinadas e eruptivas, The Astrophysical Journal (2023). DOI:10.3847/1538-4357/ad004e
Fornecido pela Universidade do Colorado em Boulder