Um novo estudo revelou uma ligação inesperada entre tempestades solares e o fluxo de raios cósmicos de alta energia que chegam à Terra. As descobertas, feitas usando um dos maiores detectores de raios cósmicos do mundo, podem abrir um novo caminho para investigar as estruturas magnéticas dentro das tempestades solares — e potencialmente melhorar nossa capacidade de prever seus efeitos na Terra. A pesquisa foi publicada na revista Physical Review Letters .

O campo magnético da Terra é constantemente bombardeado por partículas carregadas de alta energia, originárias de duas fontes muito diferentes. Enquanto algumas dessas partículas são raios cósmicos, que chegam à Terra vindos de todas as direções da galáxia, o restante se origina de tempestades solares: violentas erupções do Sol que lançam vastas nuvens de plasma magnetizado no espaço.

Até agora, os efeitos desses dois fenômenos têm sido frequentemente tratados como independentes. Embora os cientistas saibam há muito tempo que as tempestades solares podem reduzir o número de raios cósmicos de baixa energia que chegam à Terra, aprisionando-os nos campos magnéticos distorcidos da tempestade, acreditava-se que os raios cósmicos de alta energia eram energéticos demais para serem afetados. Nessas energias, esperava-se que as partículas atravessassem as estruturas magnéticas sem serem desviadas.

Para testar essa hipótese, uma equipe liderada por David Ruffolo, da Universidade Mahidol, na Tailândia, examinou dados do Observatório de Chuvas Atmosféricas de Grande Altitude (LHAASO): um gigantesco conjunto de detectores na China que mede as cascatas de partículas secundárias produzidas quando os raios cósmicos colidem com a atmosfera superior.

O LHAASO detecta centenas de milhões de raios cósmicos por hora com energias na faixa de tera-elétron-volts (TeV), aproximadamente 10.000 vezes mais energéticas do que as afetadas por tempestades solares em estudos anteriores. No entanto, detectar mudanças relacionadas a tempestades tem se mostrado difícil até o momento, uma vez que alterações nas condições atmosféricas podem simular variações reais no fluxo de raios cósmicos.

Para contornar esse problema, a equipe se concentrou não no número total de raios cósmicos que chegavam, mas sim em verificar se eles estavam chegando mais de uma direção do que de outra: um desequilíbrio que os efeitos atmosféricos dificilmente produziriam.

Ao analisar dados de uma tempestade solar em novembro de 2021, a equipe identificou exatamente esse desequilíbrio. Durante várias horas, um número significativamente menor de raios cósmicos chegou da parte nordeste do céu em comparação com o restante.

Para explicar esse resultado, eles propuseram que a bolha de plasma em movimento externo associada à tempestade continha turbulência magnética em sua borda frontal. Esse plasma dispersava preferencialmente os raios cósmicos que viajavam em direção ao Sol, criando um desequilíbrio direcional detectável no número de partículas de raios cósmicos que atingiam a Terra.

Com base nessa descoberta, a equipe de Ruffolo sugere que os raios cósmicos podem servir como uma nova ferramenta de sensoriamento remoto para mapear as estruturas magnéticas dentro de tempestades solares. Enquanto as espaçonaves só conseguem amostrar o ambiente de plasma em sua localização precisa, os raios cósmicos mapeiam regiões muito maiores do espaço.

Com conjuntos de detectores como o LHAASO operando em todo o mundo, os cientistas poderão em breve construir uma imagem mais completa das tempestades solares que se aproximam — e ganhar mais tempo para se preparar para seus impactos em satélites, redes elétricas e sistemas de comunicação.