Novo estudo questiona a validade do modelo-padrão de explosões solares

Simulações computacionais baseadas nessa referência não conseguiram dar conta de um dado obtido por observação telescópica. E mostraram que outros fatores precisam ser considerados no processo

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Explosões solares são eventos extremamente intensos que ocorrem na atmosfera do Sol com durações que variam de minutos a algumas horas. Segundo o modelo-padrão, a energia que desencadeia tais fenômenos é transportada por elétrons acelerados que se precipitam da região de reconexão magnética na coroa para a cromosfera. Por meio de colisões, esses elétrons depositam a energia na cromosfera, causando aquecimento e ionização do plasma e intensa radiação em várias faixas do espectro eletromagnético. As regiões de deposição da energia são chamadas de “pés” dos arcos da explosão e normalmente aparecem em pares magneticamente conectados.

Para testar a validade do modelo-padrão, um estudo recente comparou resultados de simulações computacionais baseadas no modelo com dados de observação fornecidos pelo telescópio McMath-Pierce durante a erupção SOL2014-09-24T17:50. O foco do estudo foi medir o lapso temporal na emissão de radiação em infravermelho (IR) de duas fontes cromosféricas pareadas. O trabalho foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“Encontramos uma importante diferença entre o dado fornecido pela observação telescópica e o comportamento previsto pelo modelo. Na observação telescópica, os pés de arco pareados aparecem como duas regiões intensamente luminosas na cromosfera solar. Como os elétrons incidentes partem da mesma região da coroa e percorrem trajetórias semelhantes, seria de esperar, com base no modelo, que as duas manchas brilhassem quase que simultaneamente na cromosfera. Não foi isso, porém, que a observação telescópica mostrou. Houve um atraso de 0,75 segundo entre um brilho e outro”, diz Paulo José de Aguiar Simões, professor da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie, pesquisador do Centro de Radioastronomia e Astrofísica Mackenzie e primeiro autor do artigo.

Um atraso de 0,75 segundo talvez pareça irrelevante, mas, considerando todas as configurações geométricas possíveis, os pesquisadores constataram que, com base no modelo, o atraso máximo seria de 0,42 segundo. O número real é expressivamente maior. “Utilizamos uma técnica estatística sofisticada para inferir as diferenças de tempo das emissões dos pés de arcos, e o chamado Método Monte Carlo para estimar as incertezas desses valores. Além disso, os resultados foram testados por simulações de transportes de elétrons e por simulações radiativo-hidrodinâmicas. Por meio de todos esses recursos, pudemos construir diferentes cenários para o tempo de voo dos elétrons da coroa até a cromosfera e o tempo de produção da radiação no infravermelho. Todos os cenários baseados nas simulações apresentaram diferenças de tempo muito menores do que as obtidas pela observação telescópica”, informa Simões.

Um dos cenários testados foi o de espiralização e aprisionamento magnético dos elétrons na coroa. “Usando simulações de transportes de elétrons, exploramos cenários de assimetria magnética entre os pés dos arcos. A expectativa era a de que, quanto maior fosse a diferença das intensidades dos campos magnéticos entre os pés de arcos, maior seria o atraso de tempo na penetração dos elétrons na cromosfera. Isso deveria causar também maior discrepância na quantidade de elétrons que atingissem a cromosfera, devido ao efeito de aprisionamento magnético. Porém, a análise dos dados observacionais em raios X mostrou intensidades muito semelhantes originadas nos pés dos arcos, indicando quantidades parecidas de deposição de elétrons nessas regiões. Portanto, não estava aí a causa do atraso observado nas emissões”, afirma o pesquisador.

As simulações radiativo-hidrodinâmicas também mostraram que os tempos de ionização e recombinação na cromosfera são rápidos demais para explicar o atraso. “Simulamos o tempo de geração das emissões no infravermelho. Além de calcular o transporte dos elétrons até a cromosfera, também calculamos suas deposições de energia e as consequências que produzem no plasma: aquecimento; expansão; ionização e recombinação de átomos de hidrogênio e hélio; radiação produzida no local, que tem o efeito de liberar o excesso de energia. A radiação no infravermelho é produzida como resultado do aumento da densidade de elétrons no meio cromosférico, uma consequência da ionização do hidrogênio, originalmente em estado neutro no plasma. O resultado das simulações mostrou que, com a penetração dos elétrons acelerados, a ionização e geração da emissão no infravermelho são quase instantâneas e, portanto, incapazes de explicar o atraso de 0,75 segundo entre as emissões dos pés de arco”, detalha Simões.

Em resumo, nenhum dos processos simulados a partir do modelo deu conta de explicar o dado observado. Diante disso, a conclusão dos pesquisadores foi até certo ponto óbvia: é preciso reformular o modelo-padrão. Pois é assim que a ciência procede. “O atraso temporal observado entre as fontes cromosféricas desafia o modelo-padrão de transporte de energia por feixes de elétrons. A existência de um atraso maior sugere que outros mecanismos de transporte de energia podem estar em jogo. Mecanismos como ondas magnetossônicas, transporte condutivo ou outras formas de transporte de energia podem ser necessários para explicar o atraso observado. Esses mecanismos adicionais precisam ser considerados para uma compreensão completa das erupções solares”, sintetiza o artigo.

O estudo recebeu apoio da FAPESP por meio de dois projetos (13/24155-3 e 22/15700-7).

O artigo Precise timing of solar flare footpoint sources from mid-infrared observations pode ser acessado em: https://academic.oup.com/mnras/article/532/1/705/7699879?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=mnras&utm_medium=email.