Intenso tempestades geomagnéticas foram registrados neste fim de semana, como resultado de erupções solares detectado pelo Observatório Solar da NASA, a agência espacial norte-americana. Além de produzirem luzes do norte e do sul, essas explosões têm o potencial de interromper as comunicações, a transmissão de energia elétrica, a navegação e as operações de rádio e satélite.
Fenômenos ainda mais intensos do que os ocorridos recentemente no Sol foram estudados em estrelas não tão distantes (Kepler-411 e Kepler-396) por pesquisadores do Centro de Radioastronomia e Astrofísica Mackenzie, da Universidade Presbiteriana Mackenzie, no Brasil, e da Escola de Física e Astronomia, pela Universidade de Glasgow, Escócia. Um artigo sobre isso foi publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
“Assim como as explosões solares impactam a Terra, as superexplosões que foram foco deste estudo podem afetar a atmosfera dos exoplanetas e impactar, entre outros fatores, as condições de formação ou destruição de eventual vida microbiológica nesses planetas”, Paulo explica à Agência Fapesp. Simões, professor da Universidade Presbiteriana Mackenzie e primeiro autor do artigo.
Apesar de o seu objetivo principal ser a procura de exoplanetas, telescópios como o Telescópio Espacial Kepler e o Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) forneceram uma vasta quantidade de dados sobre explosões estelares, detectadas com excelente fotometria de filtro. banda larga na faixa de luz visível.
Como as estrelas estão muito distantes, elas são vistas através de telescópios apenas como pontos brilhantes. E os fenômenos interpretados como explosões são aumentos repentinos de luminosidade nesses pontos.
Também faltam dados em outras faixas do espectro eletromagnético. E a maioria dos estudos sobre esses eventos concentra-se na questão da energia irradiada: foram encontradas superexplosões (superflares), com energias 100 a 10 mil vezes maiores que as das explosões solares mais energéticas. A questão é qual modelo explica melhor esses níveis de energia muito elevados.
Existem dois modelos principais em comparação. A mais adotada trata a radiação de superexplosão como a emissão de um corpo negro a uma temperatura de 10 mil Kelvin. A outra associa o fenômeno a um processo de ionização e recombinação de átomos de hidrogênio. O estudo em questão analisou ambos os modelos. O grupo recebeu apoio da FAPESP por meio de três projetos (18/04055-8, 21/02120-0 e 22/15700-7).
“Dados os processos de transferência de energia conhecidos nas 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”, diz Simões.
Os investigadores compararam 37 eventos do sistema estelar Kepler-411 e cinco eventos da estrela Kepler-396, utilizando ambos os mecanismos de radiação. “Descobrimos que as estimativas para a energia total da explosão com base no modelo de recombinação de hidrogênio são cerca de uma ordem de grandeza menores do que os valores obtidos a partir da radiação do corpo negro. E se adaptam melhor aos processos conhecidos”, afirma Simões.
Esses processos são descritos a partir de explosões solares. Apesar de muitas diferenças, as explosões solares continuam a alimentar os modelos nos quais se baseiam as interpretações das explosões estelares. Afinal, existe uma vasta quantidade de informações acumuladas sobre as explosões solares, que foram registradas, pela primeira vez, de forma independente, por dois astrônomos ingleses, Richard Carrington e Richard Hodgson, em 1º de setembro de 1859.
“Desde então, as erupções solares têm sido observadas como um brilho intenso que dura de segundos a horas, em diferentes comprimentos de onda: rádio, luz visível, ultravioleta e raios X. Essas explosões são um dos fenômenos mais energéticos do nosso Sistema Solar e podem afetar operações de satélites, radiocomunicações, linhas de transmissão de energia, sistemas de navegação e operação de GPS, para citar alguns exemplos”, informa Alexandre Araújo, doutorando da Rádio Astronomia Mackenzie. e Centro de Astrofísica, professor da Secretaria Municipal de Educação de São Paulo e coautor do artigo.
As explosões solares ocorrem em regiões ativas, associadas a campos magnéticos intensos. A energia acumulada nos campos magnéticos da coroa solar, a parte mais externa do Sol, é liberada repentinamente, aquecendo o plasma e acelerando partículas, como elétrons e prótons.
“Por terem uma massa menor, os elétrons podem ser acelerados a frações consideráveis da velocidade da luz – normalmente até 30%, mas às vezes atingindo valores maiores. As partículas aceleradas viajam ao longo das linhas do campo magnético: algumas são lançadas no espaço interplanetário, enquanto outra parte viaja na direção oposta, em direção à cromosfera, localizada abaixo da coroa, onde colide com o plasma de alta densidade e transfere sua energia para o ambiente. O excesso de energia aquece o plasma local, causando ionização e excitação dos átomos e, consequentemente, a produção de radiação, que detectamos com telescópios no solo e no espaço”, descreve Simões.
Desde a década de 1960, numerosos estudos observacionais e teóricos tentaram explicar a geração de excesso de luz visível causada por explosões, mas ainda não existe uma solução definitiva. Esses estudos deram origem às duas principais alternativas já mencionadas: (1) o modelo de radiação de corpo negro causada pelo aquecimento da fotosfera, camada localizada abaixo da cromosfera; (2) radiação por recombinação de hidrogênio na própria cromosfera solar. Vale explicar que a recombinação ocorre quando prótons e elétrons do hidrogênio, separados pelo processo de ionização, se unem novamente, formando átomos.
“A limitação do primeiro caso pode ser resumida como uma questão de transporte de energia: nenhum dos mecanismos de transporte de energia normalmente aceitos para explosões solares tem a capacidade de fornecer à fotosfera a energia necessária para causar o aquecimento do plasma de uma forma que explique as observações” , argumenta Simões.
E Araújo acrescenta: “Cálculos feitos na década de 1970 – posteriormente confirmados por simulações computacionais – mostram que a maioria dos elétrons acelerados nas explosões solares não consegue atravessar a cromosfera solar, atingindo a fotosfera. Assim, o modelo de corpo negro para explicar a produção de luz branca em explosões solares é incompatível com o principal processo de transporte de energia aceito para explosões solares.”
Os investigadores lamentam que o modelo de radiação de recombinação de hidrogénio, que é mais consistente fisicamente, ainda não possa ser confirmado através de observações. Seu artigo fornece, de qualquer forma, um reforço para a utilização desse modelo, que tem sido negligenciado na maioria dos estudos.
O artigo “Continuum de recombinação de hidrogênio como modelo radiativo para explosões ópticas estelares” pode ser acessado aqui.
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