Os cientistas capturaram vórtices de plasma nunca antes vistos girando na superfície do Sol, revelando pequenas estruturas que podem ajudar a explicar como a nossa estrela armazena, transfere e liberta energia magnética.
A descoberta foi feita por pesquisadores do Observatório Solar Nacional da Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF NSO), do Instituto Max Planck de Pesquisa do Sistema Solar (MPS) na Alemanha e do Observatório de Alta Altitude (HAO) nos EUA. A equipe usou o maior telescópio solar do mundo, o NSF Daniel K. Inouye, combinou observações do Telescópio Solar com simulações computacionais avançadas. Construído e operado pela NSO no Havai, o telescópio forneceu imagens suficientemente detalhadas para revelar movimentos de plasma nunca antes vistos.
“Para detectar vórtices, precisávamos resolver estruturas com cerca de 20 quilómetros de tamanho na superfície solar. Este é o limite que mesmo os maiores telescópios solares do mundo e simulações de última geração podem alcançar,” disse Michael van Noort, cientista do MPS e co-autor da nova publicação, que contribuiu para as observações, bem como para a redução de dados e restauração de imagens. Os pesquisadores usaram uma câmera de imagem de banda larga fornecida pelo Instituto Max-Planck de Pesquisa do Sistema Solar (MPS).
pequenos redemoinhos com partículas solares
Os vórtices recém-descobertos aparecem ao longo dos limites de estruturas chamadas grânulos, que cobrem densamente a superfície visível do Sol. Partículas individuais têm normalmente entre 500 e 2.000 quilômetros de diâmetro.
Juntos, eles formam a erupção do Sol, um padrão em constante mudança que se assemelha a bolhas em um líquido fervente. A comparação é apropriada porque a granulação é produzida pela movimentação do plasma. O plasma quente sobe do interior do Sol, esfria próximo à superfície e depois desce novamente.
Pela primeira vez, os cientistas conseguiram detectar estruturas extremamente finas, semelhantes a franjas, nas bordas destes grãos. As formações desenvolvem movimentos rotativos repetidos que se assemelham às ondas do oceano à medida que começam a quebrar.
A largura de algumas dessas “margens” é de pouco mais de 20 quilômetros. Ver um objeto tão pequeno no Sol equivale a reconhecer uma moeda de um euro a cerca de 180 quilómetros de distância.
instabilidade no plasma solar
Os pesquisadores acreditam que esses fluxos turbulentos são evidências da instabilidade Kelvin-Helmholtz, um fenômeno familiar na dinâmica dos fluidos.
A instabilidade Kelvin-Helmholtz se desenvolve quando dois fluidos passam um pelo outro em velocidades diferentes. A diferença na velocidade produz força de cisalhamento onde os dois fluxos se encontram. Pequenas perturbações nessa fronteira podem então transformar-se em ondas ou vórtices rodopiantes.
Os mesmos processos básicos aparecem em muitos ambientes e em escalas muito diferentes – por exemplo, nas superfícies de lagos ou nas ondas oceânicas, na formação de nuvens, nas atmosferas dos planetas gigantes gasosos Júpiter e Saturno, e na interação do vento solar com as magnetosferas dos planetas.
Nas fronteiras dos corpúsculos solares, as camadas vizinhas de plasma também parecem viajar a velocidades diferentes. Essas condições podem fornecer exatamente o que é necessário para a formação das instabilidades Kelvin-Helmholtz.
Pequenos vórtices podem dobrar campos magnéticos
Os vórtices de plasma recentemente observados podem fornecer pistas importantes sobre como o Sol armazena e liberta energia dentro do seu campo magnético, inclusive em pequenas explosões de radiação chamadas nanoflares.
As teorias atuais sugerem que a energia magnética é produzida quando as linhas do campo magnético do Sol se torcem e enrolam – semelhante à energia mecânica armazenada numa mola de metal firmemente enrolada. À medida que o spin aumenta, a configuração magnética torna-se altamente energética e instável.
Em última análise, essa energia armazenada pode ser liberada através de um processo chamado “reconexão magnética”. Durante a reconexão, as linhas torcidas do campo magnético se desfazem e se recombinam em um arranjo diferente.
Uma grande questão sem resposta é o que faz com que essas linhas do campo magnético se dobrem.
Vórtices recentemente descobertos podem fornecer parte da resposta. Como os investigadores descobriram que estes pequenos vórtices aparecem consistentemente onde quer que o campo magnético seja suficientemente forte, os vórtices podem fornecer um mecanismo contínuo para dobrar as linhas do campo magnético do Sol.
Possível pista sobre o ciclo magnético do Sol
A análise também mostra que os minivórtices são altamente eficazes na mistura de plasma magnético e não magnético na superfície solar. Esta mistura pode ajudar os campos magnéticos a subirem mais rapidamente da superfície para a atmosfera do Sol.
Mudanças no campo magnético do Sol impulsionam o seu ciclo de atividade de aproximadamente onze anos – que é excepcionalmente rápido à escala cósmica. Para mudar a “estrutura” magnética do Sol com rapidez suficiente, o fluxo magnético deve ser transportado de forma eficiente através da atmosfera solar.
Os modelos atuais têm dificuldade em explicar como esta propagação pode acontecer tão rapidamente. Vórtices recentemente identificados também podem fornecer uma parte importante desse quebra-cabeça.
Sami K., diretor do MPS e coautor da nova publicação. “Os vórtices de plasma recentemente descobertos demonstram de forma impressionante como os processos microscópicos – no limite do que podemos resolver usando todas as técnicas disponíveis – determinam de forma crucial a natureza da nossa estrela,” disse Solanki.
