Um novo estudo, publicado no The Astrophysical Journal, produziu um filme comprimido do Sol de 14 anos observado em raios gama, uma ferramenta de visualização que revelou que - ao contrário da esperada distribuição uniforme destes fotões de alta energia - o disco solar pode tornar-se mais brilhante nas regiões polares. Esta tendência do brilho do sol nos raios gama ser dominante nas latitudes mais altas é evidente durante o pico da atividade solar, como pôde ser visto em junho de 2014.

O estudo, liderado por Bruno Arsioli, do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), de Portugal, e da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, poderá contribuir para a compreensão do ainda desconhecido processo que faz o sol brilhar 10 vezes mais brilhante em raios gama do que os físicos esperam. Também pode informar as previsões meteorológicas espaciais.

Os raios gama solares são produzidos no halo da nossa estrela e em erupções solares, mas também são libertados a partir da sua superfície. “O Sol é invadido por partículas próximas da velocidade da luz que vêm de fora da nossa galáxia em todas as direções”, diz Bruno Arsioli. "Esses chamados raios cósmicos são eletricamente carregados e desviados pelos campos magnéticos do Sol. Aqueles que interagem com a atmosfera solar produzem uma chuva de raios gama."

Os cientistas pensaram que essas chuvas tinham chances iguais de serem vistas em qualquer lugar do disco solar. O que este trabalho sugere é que os raios cósmicos podem interagir com o campo magnético do Sol e, assim, produzir uma distribuição de raios gama que não é uniforme em todas as latitudes da nossa estrela.

“Também detectamos uma diferença de energia entre os pólos”, acrescenta Bruno Arsioli. “No pólo sul há um excedente de emissões de maior energia, de fótons com 20 a 150 GeV, enquanto a maior parte dos fótons menos energéticos vem do pólo norte.” Os cientistas ainda não têm uma explicação para esta assimetria.

Durante o máximo do ciclo de atividade solar, é evidente que os raios gama são irradiados com mais frequência em latitudes mais elevadas. Eles concentraram-se particularmente nos pólos solares em junho de 2014, após a inversão do campo magnético solar. É quando o dipolo do campo magnético do Sol troca seus dois sinais, um fenômeno peculiar que acontece no pico da atividade solar, uma vez a cada 11 anos.

“Encontramos resultados que desafiam a nossa compreensão atual do Sol e do seu ambiente”, afirma Elena Orlando, da Universidade de Trieste, INFN e da Universidade de Stanford, e coautora deste estudo.

"Demonstramos uma forte correlação da assimetria na emissão de raios gama solares em coincidência com a inversão do campo magnético solar, o que revelou uma possível ligação entre a astronomia solar, a física de partículas e a física do plasma."

Os dados utilizados vieram de 14 anos de observações com o satélite de raios gama Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT), entre agosto de 2008 e janeiro de 2022. Este período cobriu um ciclo solar completo, de um mínimo ao próximo, com o pico em 2014.

Um dos desafios foi separar as emissões solares das inúmeras outras fontes de raios gama no céu de fundo, atravessadas pela trajetória aparente do sol. Bruno Arsioli e sua colega Elena Orlando produziram uma ferramenta para integrar todos os eventos de raios gama solares dentro de uma janela da ordem de 400 a 700 dias, e essa janela pode deslizar ao longo do período de 14 anos.

Através desta visualização, ficaram claros os momentos de excessos polares, bem como a discrepância energética entre o norte e o sul.

“O estudo das emissões de raios gama do Sol representa uma nova janela para investigar e compreender os processos físicos que acontecem na atmosfera da nossa estrela”, diz Arsioli. “Quais são os processos que criam esses excessos nos pólos? Talvez existam mecanismos adicionais de geração de raios gama que vão além da interação dos raios cósmicos com a superfície do Sol.”

No entanto, se nos limitarmos aos raios cósmicos, eles poderão funcionar como uma sonda da atmosfera solar interior. A análise destas observações do Fermi-LAT também motiva uma nova abordagem teórica que deverá considerar uma descrição mais detalhada dos campos magnéticos do Sol.

A possível ligação entre a produção de raios gama pelo Sol e os seus períodos espetaculares de erupções solares e ejeções de massa coronal mais frequentes, e entre estas e as mudanças na configuração magnética da nossa estrela, pode ajudar a melhorar os modelos físicos que prevêem a atividade solar. Estas são a base das previsões meteorológicas espaciais, essenciais para proteger os instrumentos dos satélites no espaço e as telecomunicações e outras infra-estruturas electrónicas na Terra.

“Em 2024 e no próximo ano experimentaremos um novo máximo solar, e outra inversão dos pólos magnéticos do Sol já começou. Esperamos até o final de 2025 reavaliar se a inversão dos campos magnéticos é seguida por um excedente no emissões de raios gama dos pólos", diz Bruno Arsioli.

Elena Orlando acrescenta:“Encontramos a chave para desvendar este mistério, que sugere os rumos futuros que devem ser tomados. É fundamental que o telescópio Fermi opere e observe o Sol nos próximos anos”.

Mas é provável que os raios gama solares tenham mais a revelar e exijam mais atenção. Este estudo fortalecerá o argumento científico para o monitoramento contínuo do Sol pela próxima geração de observatórios espaciais de raios gama.

“Se ficar estabelecido que as altas emissões de energia realmente carregam informações sobre a atividade solar, então a próxima missão deverá ser planejada para fornecer dados em tempo real sobre as emissões de raios gama do Sol”, diz Arsioli.

Mais informações: Mais um mistério da luz do sol:assimetria inesperada na emissão de GeV do disco solar, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad1bd2
Informações do diário: Jornal Astrofísico

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