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Novas evidências de que nossa vizinhança no espaço está cheia de hidrogênio
Este reino, marcado apenas por uma fronteira magnética invisível, é onde termina o espaço dominado pelo Sol: os alcances mais próximos do espaço interestelar.
Por Miles Hatfield - 31/10/2020


Visão global em cores aprimorada de Plutão, tirada quando a espaçonave New Horizons da NASA estava a 280.000 milhas (450.000 quilômetros) de distância. Crédito: NASA / JHUAPL / SwRI

Somente as duas espaçonaves Voyager estiveram lá, e levou mais de 30 anos de viagem supersônica. Ele fica bem além da órbita de Plutão, através do cinturão de Kuiper rochoso e por quatro vezes essa distância. Este reino, marcado apenas por uma fronteira magnética invisível, é onde termina o espaço dominado pelo Sol: os alcances mais próximos do espaço interestelar.

Nesta estelar terra de ninguém, partículas e luz lançadas pelos 100 bilhões de estrelas de nossa galáxia se acotovelam com os vestígios antigos do big bang. Essa mistura, o material entre as estrelas, é conhecida como meio interestelar . Seu conteúdo registra o passado distante de nosso sistema solar e pode prever pistas de seu futuro.

As medições da nave espacial New Horizons da NASA estão revisando nossas estimativas de uma propriedade-chave do meio interestelar: sua espessura. Os resultados publicados hoje no Astrophysical Journal compartilham novas observações de que o meio interestelar local contém aproximadamente 40% mais átomos de hidrogênio do que alguns estudos anteriores sugeriram. Os resultados unificam uma série de medições díspares e lançam uma nova luz sobre nossa vizinhança no espaço.

Penetrando em neblina interestelar

Assim como a Terra se move em torno do Sol, todo o nosso sistema solar se move pela Via Láctea, a velocidades que excedem 50.000 milhas por hora. À medida que navegamos através de uma névoa de partículas interestelares, somos protegidos pela bolha magnética em torno de nosso Sol, conhecida como heliosfera. Muitos gases interestelares fluem em torno dessa bolha, mas não todos.

Nossa heliosfera repele partículas carregadas, que são guiadas por campos magnéticos. Mas mais da metade dos gases interestelares locais são neutros, o que significa que têm um número equilibrado de prótons e elétrons. À medida que os atingimos, os neutros interestelares se infiltram, adicionando volume ao vento solar.

"É como se você estivesse correndo em meio a uma névoa pesada, pegando água", disse Eric Christian, físico espacial do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, MD. "Conforme você corre, suas roupas ficam todas encharcadas e isso está te atrasando."

Logo após esses átomos interestelares entrarem em nossa heliosfera, eles são eletrocutados pela luz do sol e atingidos por partículas do vento solar. Muitos perdem seus elétrons no tumulto, tornando-se "íons de captação" carregados positivamente. Essa nova população de partículas, embora mudada, carrega consigo segredos da névoa além.

"Não temos observações diretas de átomos interestelares da New Horizons, mas podemos observar esses íons de captação", disse Pawel Swaczyna, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Princeton e principal autor do estudo. "Eles são despojados de um elétron, mas sabemos que eles vieram a nós como átomos neutros de fora da heliosfera."

A nave espacial New Horizons da NASA, lançada em janeiro de 2006, é a mais adequada para medi-los. Agora, cinco anos depois de seu encontro com Plutão, onde capturou as primeiras imagens de perto do planeta anão, hoje ele se aventura pelo cinturão de Kuiper na borda de nosso sistema solar, onde os íons de captação são os mais frescos. O Vento Solar ao Redor de Plutão da espaçonave, ou instrumento SWAP, pode detectar esses íons de captação, distinguindo-os do vento solar normal por sua energia muito mais alta.
 
A quantidade de íons que a New Horizons detecta revela a espessura da névoa pela qual estamos passando. Assim como um corredor fica mais úmido correndo em meio a uma névoa mais densa, quanto mais íons a New Horizons observa, mais densa a névoa interestelar deve estar lá fora.

Medidas divergentes

Swaczyna usou as medições do SWAP para derivar a densidade do hidrogênio neutro no choque final, onde o vento solar se choca contra o meio interestelar e abruptamente diminui. Depois de meses de verificações e testes cuidadosos, o número que encontraram foi de 0,127 partículas por centímetro cúbico, ou cerca de 120 átomos de hidrogênio em um espaço do tamanho de um litro de leite.

Este resultado confirmou um estudo de 2001 que usou a Voyager 2 - cerca de 4 bilhões de milhas de distância - para medir o quanto o vento solar tinha diminuído no momento em que chegou à espaçonave. A desaceleração, em grande parte devido às partículas intermediárias interestelares intervenientes, sugeriu uma densidade de hidrogênio interestelar compatível, cerca de 120 átomos de hidrogênio em um espaço do tamanho de um quarto.

Mas estudos mais recentes convergiram em torno de um número diferente. Cientistas usando dados da missão Ulysses da NASA, de uma distância um pouco mais próxima do Sol do que Júpiter, mediram íons de captação e estimaram uma densidade de cerca de 85 átomos de hidrogênio em um quarto do espaço. Alguns anos depois, um estudo diferente combinando dados do Ulysses e da Voyager encontrou um resultado semelhante.

“Sabe, se você descobrir algo diferente do trabalho anterior, a tendência natural é começar a procurar seus erros”, disse Swaczyna.

Mas, depois de pesquisar um pouco, o novo número começou a parecer o certo. As medições do New Horizons se ajustam melhor às observações baseadas em estrelas distantes. As medidas do Ulisses, por outro lado, tinham uma lacuna: eram feitas muito mais próximas do Sol, onde os íons de captação são mais raros e as medidas mais incertas.

"As observações de íons de captação da heliosfera interna passam por bilhões de quilômetros de filtragem", disse Christian. "Estar a maior parte do tempo, onde está a New Horizons, faz uma enorme diferença."

A faixa de opções continua sendo uma das maiores descobertas do IBEX. Refere-se a
uma vasta faixa diagonal de neutros energéticos, pintada na frente da heliosfera.
Crédito: NASA / IBEX

Quanto aos resultados combinados do Ulysses / Voyager, Swaczyna notou que um dos números do cálculo estava desatualizado, 35% menor do que o valor de consenso atual. O recálculo com o valor atualmente aceito deu-lhes uma correspondência aproximada com as medições da New Horizons e o estudo de 2001.

"Esta confirmação do nosso resultado antigo, quase esquecido, é uma surpresa", disse Arik Posner, autor do estudo de 2001 na sede da NASA em Washington, DC "Pensamos que nossa metodologia bastante simples para medir a desaceleração do vento solar havia sido superada por estudos mais sofisticados conduzidos desde então, mas não é assim. "

Uma nova configuração do terreno

Ir de 85 átomos em um litro de leite para 120 pode não parecer muito. Ainda assim, em uma ciência baseada em modelos como a heliofísica, um ajuste em um número afeta todos os outros.

A nova estimativa pode ajudar a explicar um dos maiores mistérios da heliofísica dos últimos anos. Não muito depois que o Interstellar Boundary Explorer da NASA ou a missão IBEX retornou seu primeiro conjunto de dados completo, os cientistas notaram uma estranha faixa de partículas energéticas vindo da borda dianteira de nossa heliosfera. Eles a chamaram de "fita IBEX".

"A faixa do IBEX foi uma grande surpresa - esta estrutura na borda de nosso sistema solar com um bilhão de milhas de largura, 16 bilhões de quilômetros de comprimento, que ninguém sabia que estava lá", disse Christian. "Mas mesmo enquanto desenvolvíamos os modelos para explicar por que ele estava lá, todos os modelos mostravam que não deveria ser tão brilhante quanto é."

"A densidade interestelar 40% maior observada neste estudo é absolutamente crítica", disse David McComas, professor de ciências astrofísicas da Universidade de Princeton, investigador principal da missão IBEX da NASA e co-autor do estudo. "Isso não apenas mostra que nosso Sol está embutido em uma parte muito mais densa do espaço interestelar, mas também pode explicar um erro significativo em nossos resultados de simulação em comparação com as observações reais do IBEX."

Acima de tudo, porém, o resultado dá uma imagem melhorada de nosso bairro estelar local.

"É a primeira vez que temos instrumentos observando íons de captação tão longe, e nossa imagem do meio interestelar local está combinando com as de outras observações astronômicas", disse Swaczyna. "É um bom sinal."

 

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