Em um estudo publicado na Nature Astronomy , uma equipe internacional de pesquisadores apresentou uma nova e detalhada visão dentro do "motor central" de uma grande erupção solar acompanhada por uma poderosa erupção capturada pela primeira vez em 10 de setembro de 2017 pela Matriz Solar Owens Valley (EOVSA) - uma instalação de radiotelesca³pio solar operada pelo Centro de Pesquisa Solar-Terrestre do Instituto de Tecnologia de Nova Jersey (NJIT).

As novas descobertas, baseadas nas observações da EOVSA sobre o evento em comprimentos de onda de microondas, oferecem as primeiras medições que caracterizam os campos magnanãticos e aspartículas no centro da explosão. Os resultados revelaram uma enorme "folha" de corrente elanãtrica que se estende por mais de 40.000 quila´metros atravanãs da regia£o central do queima, onde as linhas opostas do campo magnético se aproximam, quebram e se reconectam, gerando a intensa energia que alimenta o alargamento .

Notavelmente, as medidas da equipe também indicam uma estrutura magnanãtica semelhante a uma garrafa localizada na parte superior da base em forma de loop do flare (conhecida como arcada do flare) a uma altura de quase 20.000 quila´metros acima dasuperfÍcie do Sol. A estrutura, sugere a equipe, éprovavelmente o local principal em que os elanãtrons altamente energanãticos da explosão estãopresos e acelerados atéquase a velocidade da luz.

Os pesquisadores dizem que a nova visão do estudo sobre o mecanismo central que gera erupções tão poderosas pode ajudar as previsaµes futuras do clima espacial para liberações de energia potencialmente catastra³ficas de explosaµes solares - as explosaµes mais poderosas do sistema solar, capazes de interromper severamente as tecnologias na Terra, como operações por satanãlite, GPS sistemas de navegação e comunicação, entre muitos outros.

"Um dos principais objetivos desta pesquisa éentender melhor a física fundamental das erupções solares", disse Bin Chen, principal autor do artigo e professor de física do NJIT. "Ha¡ muito tempo ésugerido que a liberação repentina de energia magnanãtica atravanãs da corrente de reconexão éresponsável por essas grandes erupções, mas ainda não houve medição de suas propriedades magnanãticas. Com este estudo, finalmente medimos os detalhes do campo magnanãtico. de uma planilha atual pela primeira vez, dando-nos uma nova compreensão do mecanismo central das principais explosaµes do Sol ".

"O local onde toda a energia éarmazenada e liberada em erupções solares ficou invisível atéagora. ... Para brincar com um termo da cosmologia, éo 'problema de energia escura' do Sol, e anteriormente tivemos que inferir indiretamente que a folha de reconexão magnanãtica do flare existia ", disse Dale Gary, diretor da EOVSA no NJIT e co-autor do artigo. "As imagens da EOVSA feitas em muitas frequências de microondas mostraram que podemos capturar emissaµes de ra¡dio para iluminar essa importante regia£o. Depois que obtivemos esses dados e as ferramentas de análise criadas pelos co-autores Gregory Fleishman e Gelu Nita, pudemos comea§ar a analisar a radiação para ativar essas medições ".

No ini­cio deste ano, na revista Science , a equipe informou que poderia finalmente fornecer medições quantitativas da força do campo magnético em evolução diretamente após a ignição do flare.

Continuando sua investigação, as análises mais recentes da equipe combinaram simulações numanãricas realizadas no Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), com observações espectrais da EOVSA e dados de vários comprimentos de onda - abrangendo ondas de ra¡dio em raios X - coletados a partir da explosão solar do tamanho X8.2. O surto éo segundo maior a ter ocorrido nos últimos 11 anos do ciclo solar, ocorrendo com uma rápida ejeção de massa coronal (CME) que provocou um choque em larga escala na coroa solar superior.

Entre as surpresas do estudo, os pesquisadores descobriram que o perfil medido do campo magnético ao longo da folha atual do flare apresenta previsaµes muito próximas das simulações numanãricas da equipe, que foram baseadas em um modelo tea³rico bem conhecido para explicar a física do flare solar, proposto pela primeira vez em década de 1990 com forma anala­tica.

"Surpreendeu-nos que o perfil do campo magnético medido da folha atual correspondesse perfeitamente a  previsão tea³rica feita décadas atrás", disse Chen.

"A força do campo magnético do Sol desempenha um papel fundamental na aceleração do plasma durante uma erupção. Nosso modelo foi usado para calcular a física das forças magnanãticas durante essa erupção, que se manifesta como uma 'corda' altamente distorcida das linhas do campo magnético , ou corda de fluxo magnético ", explicou Kathy Reeves, astrofa­sica da CfA e coautora do estudo. "a‰ nota¡vel que esse processo complicado possa ser capturado por um modelo anala­tico direto e que os campos magnanãticos previstos e medidos correspondam tão bem".

As simulações, realizadas por Chengcai Shen na CfA, foram desenvolvidas para resolver numericamente as equações governantes para quantificar o comportamento do plasma eletricamente condutor em todo o campo magnético do flare. Ao aplicar uma técnica computacional avana§ada conhecida como "refinamento de malha adapta¡vel", a equipe conseguiu resolver a fina folha de reconexão atual e capturar sua física detalhada em escalas espaciais superfinas para menos de 100 quila´metros.

"Nossos resultados de simulação correspondem a  previsão tea³rica sobre a configuração do campo magnético durante uma erupção solar e reproduzem um conjunto de caracteri­sticas observa¡veis ​​desse surto em particular, incluindo força magnanãtica e entradas / saa­das de plasma em torno da folha de corrente reconectada", observou Shen.

As medições da equipe e os resultados das simulações correspondentes revelaram que a folha atual do flare apresenta um campo elanãtrico que produz chocantes 4.000 volts por metro. Um campo elanãtrico tão forte estãopresente em uma regia£o de 40.000 quila´metros, maior que o comprimento de três Terras colocadas juntas lado a lado.

A análise também mostrou uma enorme quantidade de energia magnanãtica sendo bombeada para a chapa atual a uma taxa estimada de 10 a 100 bilhaµes de trilhaµes (10 22 a 10 23 ) de joules por segundo - ou seja, a quantidade de energia sendo processada no motor do flare , em cada segundo, éequivalente a  energia total liberada pela explosão de cerca de cem mil das mais poderosas bombas de hidrogaªnio (classe de 50 megatoneladas) ao mesmo tempo.

"Uma liberação de energia tão grande na chapa atual éalucinante. O forte campo elanãtrico gerado la¡ pode facilmente acelerar os elanãtrons para energias relativa­sticas, mas o fato inesperado que descobrimos foi que o perfil do campo elanãtrico na regia£o da chapa atual não coincidia. com a distribuição espacial dos elanãtrons relativa­sticos que medimos ", disse Chen. "Em outras palavras, algo mais tinha que estar em jogo para acelerar ou redirecionar esses elanãtrons. O que nossos dados mostraram foi uma localização especial na parte inferior da folha atual - a garrafa magnanãtica - parece ser crucial na produção ou confinamento dos elanãtrons relativa­sticos . "

"Enquanto a folha atual parece ser o local onde a energia éliberada para fazer a bola rolar, a maior parte da aceleração eletra´nica parece estar ocorrendo nesse outro local, a garrafa magnanãtica. ... Garrafas magnanãticas similares estãoem desenvolvimento para confinar e acelerarpartículas em alguns reatores de fusão de laboratório ". acrescentou Gary. "Outros já propuseram essa estrutura em erupções solares antes, mas podemos realmente vaª-la agora nos números".

Aproximadamente 99% dos elanãtrons relativa­sticos do flare foram observados reunidos na garrafa magnanãtica durante toda a duração da emissão de cinco minutos.

Por enquanto, Chen diz que o grupo podera¡ aplicar essas novas medidas como uma linha de base comparativa para estudar outros eventos de erupção solar, bem como explorar o mecanismo exato que acelera aspartículas combinando as novas observações, simulações numanãricas e teorias avana§adas. Devido a s inovadoras capacidades da EOVSA, a NJIT foi recentemente selecionada para participar de uma colaboração conjunta do Centro de Ciência NASA / NSF DRIVE na liberação de energia de erupção solar (SolFER).

"Nosso objetivo édesenvolver um entendimento completo das explosaµes solares, desde sua iniciação atéque elas finalmente pulverizempartículas altamente energizadas no vento solar e, eventualmente, no ambiente espacial da Terra", disse Jim Drake, professor de física da Universidade. de Maryland e investigador principal do SolFER que não esteve envolvido neste estudo. "Essas primeiras observações já estãosugerindo que os elanãtrons relativa­sticos podem ficar presos em uma grande garrafa magnanãtica produzida quando os campos magnanãticos da coroa 'se reconectam' para liberar sua energia. ... As observações da EOVSA continuara£o nos ajudando a desvendar como o campo magnético dirige esses elanãtrons energanãticos ".

"Investigar mais o papel da garrafa magnanãtica na aceleração e transporte departículas exigira¡ modelagem mais avana§ada para comparar com as observações da EOVSA", disse Chen. "Certamente existem grandes perspectivas para estudarmos que abordam essas questões fundamentais".