Um fenómeno detectado pela primeira vez no vento solar pode ajudar a resolver um longo mistério sobre o sol: porque é que a atmosfera solar é milhões de graus mais quente do que a superfície.

Imagens do Espectrograma de Imagem da Região de Interface Terra-orbiting (IRIS), e do Conjunto de Imagem Atmosférica (AIA), mostram evidências de que os laços magnéticos de baixa altitude são aquecidos a milhões de graus Kelvin.

Pesquisadores fazem o caso de íons mais pesados, como o silício, serem preferencialmente aquecidos tanto no vento solar quanto na região de transição entre a cromosfera do sol e a coroa.

There, loops de arco de plasma magnetizado continuamente, não diferente de seus primos na coroa acima. Eles são muito menores e difíceis de analisar, mas há muito tempo se pensava que abrigavam o mecanismo magnético que libera explosões de energia na forma de nanoflares.

O físico solar Stephen Bradshaw e seus colegas estavam entre aqueles que suspeitavam tanto, mas nenhum tinha evidências suficientes antes do IRIS.

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

A equipe de Bradshaw, seu antigo aluno e autor principal Shah Mohammad Bahauddin, agora membro da faculdade de pesquisa do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado Boulder, e a astrofísica da NASA Amy Winebarger estudaram imagens IRIS capazes de resolver detalhes desses loops de região de transição e detectar bolsas de plasma super quentes. As imagens permitem-lhes analisar os movimentos e temperaturas dos íons dentro dos loops através da luz que emitem, lidos como linhas espectrais que servem como “impressões digitais” químicas.”

“É nas linhas de emissão onde toda a física é impressa”, diz Bradshaw, um professor associado de física e astronomia. “A idéia era aprender como essas pequenas estruturas são aquecidas e esperar dizer algo sobre como a própria coroa é aquecida”. As imagens revelam espectros de pontos quentes onde as linhas foram ampliadas por efeitos térmicos e Doppler, indicando não apenas os elementos envolvidos nos nanoflares, mas também suas temperaturas e velocidades.

Nos pontos quentes, eles encontraram jatos reconectando contendo íons de silício movidos na direção (blue-shifted) e longe (red-shifted) 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 então como ela realmente aquece o plasma.

A região de transição é apenas cerca de 10.000 graus Fahrenheit, mas a convecção na superfície do sol afeta os loops, torcendo e trançando os finos fios magnéticos que os compõem, e adiciona energia aos campos magnéticos que acabam por aquecer o plasma, diz Bradshaw. “As observações 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”, diz ele.

Nesse processo, os campos magnéticos dos fios de plasma quebram e se reconectam nos locais de trançamento em estados de menor energia, liberando a energia magnética armazenada. Onde isso ocorre, o plasma se torna superaquecido.

Mas como a energia magnética liberada aquece o plasma tem permanecido um quebra-cabeça até agora. “Nós olhamos para as regiões nestas pequenas estruturas de loop onde a reconexão estava ocorrendo e medimos as linhas de emissão dos íons, principalmente silício e oxigênio”, diz ele. “Encontramos as linhas espectrais dos íons de silício muito mais largas do que o oxigênio”

Que indicavam aquecimento preferencial dos íons de silício. “Precisávamos explicar isso”, diz Bradshaw. “Tivemos um olhar e um pensamento, e afinal há um processo cinético chamado aquecimento por ciclotrão iônico que favorece o aquecimento de íons pesados em relação aos mais leves”.”

Ele diz que as ondas de ciclotrão iônico são geradas nos locais de reconexão. As ondas transportadas pelos íons mais pesados são mais suscetíveis a uma instabilidade que causa a “quebra” das ondas e gera turbulência, o que espalha e energiza os íons. Isto amplia suas linhas espectrais para além do que seria esperado da temperatura local do plasma apenas. No caso dos íons mais leves, pode não restar energia suficiente para aquecê-los. “Caso contrário, eles não excedem a velocidade crítica necessária para desencadear a instabilidade, que é mais rápida para os íons mais leves”, diz ele.

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

“A próxima pergunta, diz Bahauddin, é se tais fenômenos estão acontecendo ao mesmo ritmo em todo o sol. “Muito provavelmente a resposta é não”, diz ele. “Então a pergunta é: quanto eles contribuem para o problema do aquecimento coronal? Eles podem fornecer energia suficiente à atmosfera superior para que ela possa manter uma corona de vários milhões de graus?

“O que mostramos para a região de transição foi uma solução para uma peça importante do quebra-cabeça, mas o quadro geral requer mais peças para cair no lugar certo”, diz Bahauddin. “Acredito que IRIS será capaz de nos falar sobre as peças cromosféricas num futuro próximo”. Isso nos ajudará a construir uma teoria unificada e global da atmosfera do sol”

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