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É assim que a heliosfera se parece? Pesquisas lideradas por BU sugerem que sim. O tamanho e a forma do “campo de força” magnético que protege nosso sistema solar dos raios cósmicos mortais há muito são debatidos pelos astrofísicos. Crédito: Merav Opher, et. al
Uma equipe multi-institucional de astrofísicos sediada na Universidade de Boston, liderada pelo astrofísico Merav Opher, fez uma descoberta revolucionária em nossa compreensão das forças cósmicas que moldam a bolha protetora em torno de nosso sistema solar - uma bolha que protege a vida na Terra e é conhecida pelos pesquisadores espaciais como heliosfera.
Os astrofísicos acreditam que a heliosfera protege os planetas dentro de nosso sistema solar da poderosa radiação que emana de supernovas, as explosões finais de estrelas moribundas em todo o universo. Eles acreditam que a heliosfera se estende muito além do nosso sistema solar, mas apesar do enorme buffer contra a radiação cósmica que a heliosfera fornece às formas de vida da Terra, ninguém sabe realmente a forma da heliosfera - ou, por falar nisso, o tamanho dela.
"Como isso é relevante para a sociedade? A bolha que nos rodeia, produzida pelo sol, oferece proteção contra os raios cósmicos galácticos, e o formato dela pode afetar como esses raios entram na heliosfera", diz James Drake, astrofísico da Universidade de Maryland, que colabora com Opher. "Existem muitas teorias, mas, é claro, a maneira como os raios cósmicos galácticos podem entrar pode ser impactada pela estrutura da heliosfera - ela tem rugas e dobras e esse tipo de coisa?"
A equipe de Opher construiu algumas das simulações de computador mais atraentes da heliosfera, com base em modelos construídos em dados observáveis e astrofísica teórica. Na BU, no Centro de Física Espacial, Opher, um professor de astronomia da Faculdade de Artes e Ciências, lidera um Centro de Ciências NASA DRIVE (Diversity, Realize, Integrate, Venture, Educate) que é financiado por US $ 1,3 milhão em fundos da NASA. Essa equipe, formada por especialistas Opher recrutados de outras 11 universidades e institutos de pesquisa, desenvolve modelos preditivos da heliosfera em um esforço que a equipe chama de SHIELD (Solar-wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-Scale Dynamics).
Desde que o NASA DRIVE Science Center da BU recebeu financiamento pela primeira vez em 2019, a equipe SHIELD de Opher tem buscado respostas para várias perguntas intrigantes: Qual é a estrutura geral da heliosfera? Como suas partículas ionizadas evoluem e afetam os processos heliosféricos? Como a heliosfera interage e influencia o meio interestelar, a matéria e a radiação que existe entre as estrelas? E como os raios cósmicos são filtrados ou transportados pela heliosfera?
"A SHIELD combina teoria, modelagem e observações para construir modelos abrangentes", diz Opher. "Todos esses diferentes componentes trabalham juntos para ajudar a entender os quebra-cabeças da heliosfera".
E agora um artigo publicado por Opher e colaboradores no Astrophysical Journal revela que partículas neutras de hidrogênio fluindo de fora de nosso sistema solar provavelmente desempenham um papel crucial na forma como nossa heliosfera toma forma.
Em seu último estudo, a equipe de Opher queria entender por que os jatos heliosféricos - colunas florescentes de energia e matéria que são semelhantes a outros tipos de jatos cósmicos encontrados em todo o Universo - se tornam instáveis. "Por que estrelas e buracos negros - e nosso próprio Sol - ejetam jatos instáveis?" Opher diz. "Vemos esses jatos projetando-se como colunas irregulares e [os astrofísicos] há anos se perguntam por que essas formas apresentam instabilidades".
Uma nova pesquisa liderada pelo astrofísico Merav Opher da BU poderia explicar por que a heliosfera, um “campo de força” magnético protetor que emana de nosso Sol e que abrange nosso Sistema Solar, é provavelmente instável e de formato irregular. “O Universo não está quieto”, diz Opher. “Nosso modelo de BU não tenta eliminar o caos.” Crédito: Merav Opher, et. al
Da mesma forma, os modelos SHIELD prevêem que a heliosfera, viajando em conjunto com nosso sol e abrangendo nosso Sistema Solar, não parece ser estável. Outros modelos da heliosfera desenvolvidos por outros astrofísicos tendem a representar a heliosfera como tendo a forma de um cometa, com um jato - ou uma "cauda" - fluindo atrás em seu rastro. Em contraste, o modelo de Opher sugere que a heliosfera tem a forma mais parecida com um croissant ou mesmo um donut.
O motivo disso? Partículas neutras de hidrogênio, assim chamadas porque têm quantidades iguais de carga positiva e negativa que não geram nenhuma carga.
“Eles vêm fluindo através do Sistema Solar”, diz Opher. Usando um modelo computacional como uma receita para testar o efeito dos 'neutros' na forma da heliosfera, ela "tirou um ingrediente do bolo - os neutros - e notou que os jatos vindos do Sol, moldando a heliosfera, tornaram-se superestáveis. Quando eu os coloco de volta, as coisas começam a dobrar, o eixo central começa a balançar, e isso significa que algo dentro dos jatos heliosféricos está se tornando muito instável".
Uma instabilidade como essa, teoricamente, causaria perturbações nos ventos e jatos solares que emanam de nosso Sol, fazendo com que a heliosfera se dividisse em uma forma semelhante a um croissant. Embora os astrofísicos ainda não tenham desenvolvido maneiras de observar a forma real da heliosfera, o modelo de Opher sugere que a presença de neutros colidindo com nosso Sistema Solar tornaria impossível para a heliosfera fluir uniformemente como um cometa em movimento. E uma coisa é certa - os neutros estão definitivamente abrindo caminho através do espaço.
Drake, um co-autor do novo estudo, diz que o modelo de Opher "oferece a primeira explicação clara de por que a forma da heliosfera se divide nas áreas norte e sul, o que poderia impactar nossa compreensão de como os raios cósmicos galácticos chegam à Terra e nos arredores - Ambiente terrestre". Isso pode afetar a ameaça que a radiação representa para a vida na Terra e também para os astronautas no espaço ou futuros pioneiros que tentam viajar para Marte ou outros planetas.
"O Universo não está quieto", diz Opher. "Nosso modelo BU não tenta eliminar o caos, o que me permitiu localizar a causa [da instabilidade da heliosfera] .... As partículas neutras de hidrogênio".
Especificamente, a presença de neutros colidindo com a heliosfera desencadeia um fenômeno bem conhecido pelos físicos, denominado instabilidade de Rayleigh-Taylor, que ocorre quando dois materiais de densidades diferentes colidem, com o material mais leve empurrando o material mais pesado. É o que acontece quando o óleo está suspenso acima da água e quando fluidos ou materiais mais pesados estão suspensos acima dos fluidos mais leves. A gravidade desempenha um papel e dá origem a algumas formas descontroladamente irregulares. No caso dos jatos cósmicos, o arrasto entre as partículas neutras de hidrogênio e os íons carregados cria um efeito semelhante ao da gravidade. Os "dedos" vistos na famosa Nebulosa da Cabeça de Cavalo, por exemplo, são causados pela instabilidade de Rayleigh-Taylor.
"Esta descoberta é um grande avanço, realmente nos colocou na direção de descobrir por que nosso modelo obtém sua heliosfera em forma de croissant distinta e por que outros modelos não", diz Opher.
Descobrindo a forma do nosso sistema solar
Mais informações: M. Opher et al, A Turbulent Heliosheath Driven by the Rayleigh – Taylor Instability, The Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac2d2e
https://phys.org/news/2021-12-solar.html
Fornecido pela Boston University
Fonte: Phys News / por Kat J. McAlpine, Boston University / 04-12-2021
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Hélio R.M.Cabral
(Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica,
Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica,
concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Acompanha e divulga os
conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration),
ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant 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.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
Page: http://pesqciencias.blogspot.com.br
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