Esta pode ser a primeira observação completa de um Nanoflare

 Caros Leitores;

Os pesquisadores podem ter encontrado as tão procuradas “nanoflares” que aquecem a coroa solar a suas temperaturas incríveis.

Um novo estudo publicado na Nature Astronomy marca a primeira vez que os pesquisadores capturaram o ciclo de vida completo de uma suposta nanoflare - de origens brilhantes à morte devastadora.

Mini flares para um grande quebra-cabeça

Nanoflares são pequenas erupções no Sol, um bilionésimo do tamanho de erupções solares normais. Eugene Parker - famoso pela Parker Solar Probe - os previu pela primeira vez em 1972 para resolver um grande quebra-cabeça: o problema do aquecimento coronal.

Esse é o mistério de como a atmosfera externa do Sol, ou coroa, fica tão incrivelmente quente. Apesar de estar muito mais distante do núcleo solar, é milhões de graus mais quente do que as camadas abaixo dele.

Quase 50 anos depois, o problema do aquecimento coronal ainda não foi resolvido. Tem sido difícil confirmar qualquer uma de um punhado de teorias diferentes, em parte porque ninguém jamais viu um nanoflare.

O problema do aquecimento coronal é um dos vários fatos sobre o Sol que derretem a mente.

Créditos: NASA / Miles Hatfield / Mary Pat Hrybyk-Keith /

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“Eles são extremamente difíceis de observar”, disse Shah Bahauddin, professor de pesquisa do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado, em Boulder, e principal autor do estudo.

Minúsculos e breves, nossos melhores telescópios só recentemente se tornaram poderosos o suficiente para resolvê-los. E ver um pequeno flash não é suficiente - é preciso muito para ser considerado um verdadeiro avistamento nanoflare. “Nós sabemos por teoria o que devemos procurar - que impressão digital um nanoflare deixaria”, disse Bahauddin.

Um nanoflare com qualquer outro nome

Para dizer que você observou uma nanoflare com aquecimento por corona, é necessário marcar pelo menos duas caixas principais.

Primeiro, como os clarões regulares, um nanoflare é aceso por reconexão magnética. Se a erupção que você está vendo for aquecida por algum outro processo, não é uma nanoflare.

A reconexão magnética é disparada quando as linhas do campo magnético se realinham de forma explosiva. Ao contrário de outros mecanismos que aquecem as coisas gradualmente, ele pode pegar um plasma relativamente frio e torná-lo superaquecido em um instante.

“É como colocar dois cubos de gelo juntos e de repente a temperatura sobe para 1000 graus Fahrenheit”, disse Bahauddin.

Uma maneira de detectar o aquecimento por meio de reconexão magnética é observar o calor intenso em ambientes muito mais frios.

Em segundo lugar, a nanoflare precisa aquecer a corona, que pode estar milhares de quilômetros acima de onde irrompe. Isso não é trivial - muitas outras erupções solares apenas aquecem seus arredores imediatos.

“É preciso examinar se a energia de um nanoflare pode ser dissipada na coroa”, disse Bahauddin. “Se a energia vai para outro lugar, isso não resolve o problema do aquecimento coronal”.

Uma descoberta contraintuitiva torna-se uma peça chave do quebra-cabeça

Quando Bahauddin começou esta pesquisa como estudante de doutorado, ele não estava pensando em nanoflares. Procurando um projeto, ele decidiu investigar alguns pequenos loops brilhantes - com cerca de 60 milhas de diâmetro, eles são minúsculos nas escalas do Sol - que ele notou tremeluzindo na camada logo abaixo da corona superquente.

“Achei que talvez os loops tornassem a atmosfera ao redor um pouco mais quente”, disse ele. “Nunca pensei que produziria tanta energia que pudesse realmente propelir plasma quente para a corona e aquecê-la”.

Um close-up de um dos iluminadores de loop estudados no artigo. Cada quadro inserido aumenta o zoom na região selecionada no quadro à sua esquerda. O quadro à direita é o mais ampliado, mostrando o nanoflare putativo.

Créditos: NASA / SDO / IRIS / Shah Bahauddin

Mas enquanto Bahauddin ampliava as imagens tiradas pelo Interface Region Imaging Spectrograph da NASA, ou satélite IRIS, ele descobriu duas surpresas.

Primeiro, esses loops eram incrivelmente quentes - milhões de graus mais quentes do que os arredores.

Mas ainda mais estranho, esse calor foi distribuído de uma forma incomum - diferentemente do que na maioria dos outros sistemas físicos.

Embora o Sol seja feito principalmente de hidrogênio e hélio, ele também contém quantidades menores de todos os outros elementos. Nesses loops, de alguma forma os elementos mais pesados ​​- como o silício, que tem 14 prótons em seu núcleo - eram muito mais quentes e mais energéticos do que elementos mais leves, como o oxigênio, que tem apenas oito.

“Se você empurrar uma bola muito leve pelo chão, ela deve rolar mais longe do que uma bola pesada”, disse Bahauddin. “Ainda assim, em nosso caso, os elementos mais pesados ​​estavam disparando a cerca de 60 milhas por segundo, enquanto os mais leves estavam quase em zero. Isso foi completamente contra-intuitivo”.

Essa observação estranha disse a eles que algo muito específico deve estar acontecendo nesses loops brilhantes.

“Essa foi uma grande pista”, disse Amy Winebarger, física solar do Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, e co-autora do estudo. “Você realmente tinha que começar a pensar sobre que tipo de aquecimento poderia impactar o átomo de oxigênio de forma diferente do átomo de silício”.

Bahauddin passou os anos seguintes fazendo simulações de computador, testando diferentes mecanismos de aquecimento. Ele precisava encontrar um que pudesse corresponder às suas observações, incluindo o aquecimento dos elementos mais pesados ​​do que os mais leves.

No final, apenas um mecanismo de aquecimento poderia produzir o efeito. O calor tinha que vir de um evento de reconexão magnética - a mesma força motriz por trás das explosões solares.

A chave estava no rescaldo. À medida que as linhas do campo magnético se torcem e se realinham, elas criam uma breve corrente elétrica que acelera os íons recém-liberados. Bahauddin compara isso a uma multidão em pânico.

“É como se todos em uma sala estivessem tentando correr ao mesmo tempo. Eles começam a colidir e há uma grande confusão ”, disse Bahauddin.

De maneira crítica, quanto mais tempo um íon consegue se mover em um campo elétrico, mais energia ele ganha. É aqui que os íons mais pesados, como o silício, têm uma vantagem. “Como eles têm mais ímpeto, eles podem abrir caminho no meio da multidão e roubar toda a energia disponível”, disse Bahauddin.

Em outras palavras, os íons de silício mais massivos abriram caminho através do caos, absorvendo a energia do campo elétrico. Os íons de oxigênio mais leves não podiam fazer isso - eles eram paralisados ​​em seu caminho após cada colisão.

Este mecanismo poderia explicar seus resultados, mas ainda assim, era um tiro no escuro. As simulações mostraram que esse processo só aconteceu em condições bastante específicas.

“Para fazer isso acontecer, você precisava de uma temperatura específica e da proporção certa de silício para oxigênio”, disse Bahauddin. “Então, olhamos para as medições e vimos que os números correspondiam exatamente.” Notavelmente, as condições do Sol refletiam suas simulações.

Aquecendo a corona

Até agora, esses loops brilhantes pareciam ser minúsculos flares - mas seu calor realmente atingiu a coroa?

Bahauddin olhou para o Solar Dynamics Observatory da NASA , que carrega telescópios ajustados para ver o plasma extremamente quente encontrado apenas na coroa. Bahauddin localizou as regiões logo acima dos iluminadores logo após seu aparecimento.

“E lá estava, apenas um atraso de 20 segundos”, disse Bahauddin. “Vimos o brilho e, de repente, vimos que a corona ficou superaquecida a temperaturas de vários milhões de graus”, disse Bahauddin. “SDO nos deu esta informação importante: Sim, isso está realmente aumentando a temperatura, transferindo energia para a corona”.

Bahauddin documentou 10 ocorrências de loops brilhantes com efeitos semelhantes na coroa. Mesmo assim, ele hesita em chamá-los de nanoflares. “Ninguém sabe realmente porque ninguém o viu antes”, disse Bahauddin. “É um palpite bem fundamentado, digamos”.

Da perspectiva da teoria que diz que as nanoflares aquecem a corona, a única coisa que resta a fazer é mostrar que esses brilhos ocorrem com frequência suficiente, em todo o Sol, para explicar o calor extremo da corona. Isso ainda está em andamento. Mas observar essas pequenas explosões à medida que aquecem a atmosfera solar é um começo atraente.

“Mostramos como uma estrutura baixa e fria pode fornecer plasma superaquecido para a coroa”, disse Bahauddin. "Isso, para mim, foi a coisa mais linda".

Por  Miles Hatfield

Goddard Space Flight Center da NASA , Greenbelt, Md.

Fonte: NASA / Editor: Miles Hatfield /22-12-2020 

https://www.nasa.gov/feature/this-may-be-the-first-complete-observation-of-a-nanoflare      

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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