Dicas de instrumentos em órbita que armazenam energia magnética aquece a atmosfera solar

Um fenômeno detectado pela primeira vez no vento solar pode ajudar a resolver um mistério de longa data sobre o sol:por que a atmosfera solar é milhões de graus mais quente que a superfície. Imagens do Espectrógrafo de Imagem da Região da Interface orbital da Terra (IRIS) e do Atmospheric Imaging Assembly (AIA) mostram evidências de que os loops magnéticos de baixa altitude são aquecidos a milhões de graus Kelvin.

Pesquisadores da Rice University, da University of Colorado Boulder e do Marshall Space Flight Center da NASA argumentam que íons mais pesados, como o silício, são preferencialmente aquecidos tanto no vento solar quanto na região de transição entre a cromosfera do sol e a coroa. Lá, loops de plasma magnetizado formam um arco contínuo, não muito diferente de seus primos na coroa acima. Eles são muito menores e difíceis de analisar, mas há muito se acredita que abrigam o mecanismo acionado magneticamente que libera rajadas de energia na forma de nanoflares. O físico solar de arroz Stephen Bradshaw e seus colegas estavam entre aqueles que suspeitavam disso, mas nenhum tinha evidências suficientes antes do IRIS.

O espectrômetro de alto vôo foi construído especificamente para observar a região de transição. No estudo financiado pela NASA, os pesquisadores descrevem “brilhos” nos laços de reconexão que contêm fortes assinaturas espectrais de oxigênio e, especialmente, íons de silício mais pesados.

A equipe de Bradshaw, seu ex-aluno Shah Mohammad Bahauddin, agora membro do corpo docente de pesquisa do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial do Colorado, e a astrofísica da NASA Amy Winebarger estudaram imagens IRIS capazes de resolver detalhes desses loops de regiões de transição e detectar bolsões de super -plasma quente. As imagens permitem que eles analisem os movimentos e as temperaturas dos íons dentro dos loops por meio da luz que emitem, lidas como linhas espectrais que servem como “impressões digitais” químicas.

“É nas linhas de emissão onde toda a física é impressa”, disse Bradshaw, professor associado de física e astronomia. “A ideia era aprender como essas pequenas estruturas são aquecidas e esperar dizer algo sobre como a própria coroa é aquecida. Este pode ser um mecanismo onipresente que opera em toda a atmosfera solar.”

As imagens revelaram espectros de pontos quentes onde as linhas foram ampliadas por efeitos térmicos e Doppler, indicando não apenas os elementos envolvidos em nanoflares, mas também suas temperaturas e velocidades. Nos pontos quentes, eles encontraram jatos de reconexão contendo íons de silício movidos em direção (deslocamento para o azul) e para longe (deslocamento para o vermelho) do observador (IRIS) a velocidades de até 100 quilômetros por segundo. Nenhum desvio Doppler foi detectado para os íons de oxigênio mais leves.

Os pesquisadores estudaram dois componentes do mecanismo:como a energia sai do campo magnético e como ela realmente aquece o plasma. A região de transição tem apenas cerca de 10.000 graus Fahrenheit, mas a convecção na superfície do sol afeta os laços, torcendo e trançando os finos fios magnéticos que os compõem e adiciona energia aos campos magnéticos que aquecem o plasma, disse Bradshaw. “As observações do IRIS mostraram que o processo está ocorrendo e estamos razoavelmente certos de que pelo menos uma resposta para a primeira parte é através da reconexão magnética, da qual os jatos são uma assinatura chave”, disse ele.

Nesse processo, os campos magnéticos dos fios de plasma quebram e se reconectam em locais de trança em estados de energia mais baixos, liberando energia magnética armazenada. Onde isso ocorre, o plasma fica superaquecido. Mas como o plasma é aquecido pela energia magnética liberada permaneceu um enigma até agora. “Olhamos para as regiões nessas pequenas estruturas de loop onde a reconexão estava ocorrendo e medimos as linhas de emissão dos íons, principalmente silício e oxigênio”, disse ele. “Descobrimos que as linhas espectrais dos íons de silício eram muito mais amplas que as do oxigênio.”

Isso indicou aquecimento preferencial dos íons de silício. “Precisávamos explicar”, disse Bradshaw. “Nós demos uma olhada e pensamos e descobrimos que há um processo cinético chamado aquecimento de íon cíclotron que favorece o aquecimento de íons pesados ​​em relação aos mais leves.” Ele disse que as ondas de íon ciclotron são geradas nos locais de reconexão. As ondas transportadas pelos íons mais pesados ​​são mais suscetíveis a uma instabilidade que faz com que as ondas “quebrem” e gerem turbulência, que dispersa e energiza os íons. Isso amplia suas linhas espectrais além do que seria esperado apenas da temperatura local do plasma. No caso dos íons mais leves, pode haver energia insuficiente para aquecê-los. “Caso contrário, eles não excedem a velocidade crítica necessária para desencadear a instabilidade, que é mais rápida para íons mais leves”, disse ele.

“No vento solar, os íons mais pesados ​​são significativamente mais quentes do que os íons mais leves”, disse Bradshaw. “Isso foi definitivamente medido. Nosso estudo mostra pela primeira vez que esta também é uma propriedade da região de transição e, portanto, pode persistir em toda a atmosfera devido ao mecanismo que identificamos, incluindo o aquecimento da coroa solar, principalmente porque o vento solar é uma manifestação da coroa expandindo para o espaço interplanetário.”

A próxima questão, disse Bahauddin, é se tais fenômenos estão acontecendo na mesma proporção em todo o sol. "Muito provavelmente a resposta é não", disse ele. “Então a questão é:quanto eles contribuem para o problema do aquecimento coronal? Eles podem fornecer energia suficiente para a atmosfera superior para que ela possa manter uma coroa multimilionária?