Observações do observatório espacial IBEX definem o campo magnético interestelar

Impressão artística: bem além da órbita de Netuno, o vento solar e o meio interestelar interagem para criar uma região conhecida como heliosfera interior, delimitada por dentro pelo ‘choque de terminação’ (Termination Shock) e por fora pela ‘heliopausa’ (Heliopause). Créditos: NASA/IBEX/Planetário Adler

Imediatamente após o lançamento em 2008, o observatório espacial IBEX – Interstellar Boundary Explorer – da NASA, detectou algo curioso em uma fina fatia do espaço: que mais partículas corriam por uma faixa longa, porém mais estreita dos céus que em qualquer outro lugar. A origem da então nomeada ‘faixa IBEX’ era desconhecida. Contudo, a sua própria existência abriu portas para observar o que está fora do nosso Sistema Solar, do mesmo modo que gotas de chuva as quais vislumbramos em uma janela nos contam sobre como está o tempo lá fora.

Agora, um novo estudo baseado em dados do IBEX e simulações da fronteira interestelar (que jaz na orla da bolha magnética gigante a qual envolve nosso Sistema Solar denominada ‘heliosfera’) tenta explicar melhor as características do espaço na nossa vizinhança galáctica. O artigo, publicado em 8 de fevereiro de 2016 em The Astrophysical Journal Letters, determina com precisão a intensidade da força e a direção do campo magnético fora da heliosfera. Tal informação nos fornece um vislumbre sobre as forças magnéticas que dominam a galáxia, ensinando-nos mais sobre a nossa casa no espaço.

A faixa IBEX é uma zona relativamente fina de partículas que viajam para o Sol desde o exterior da heliosfera. Um novo estudo corrobora a ideia que as partículas do exterior da heliosfera, que formam a faixa IBEX, são originárias do Sol – e revela informações sobre o distante campo magnético interestelar. Crédito: SwRI

O novo estudo é baseado em uma hipótese particular sobre a origem da ‘faixa IBEX’, a qual sugere que as partículas oriundas da faixa são na realidade material solar refletido de volta para nós depois de uma longa viagem até aos limites magnéticos do Sol. Em torno do Sol existe uma bolha gigante, a heliosfera [1] e essa bolha está preenchida por vento solar, o fluxo constante de gás ionizado (plasma) oriundo do Sol. Quando estas partículas alcançam as bordas da heliosfera, o seu movimento torna-se mais complexo.

Eric Zirnstein, cientista espacial do Instituto de Pesquisa do Sudoeste (SwRI) em San Antonio, Texas, EUA, autor principal do estudo, explicou:

A hipótese sugere que alguns prótons do vento solar são enviados de volta na direção do Sol como átomos neutros depois de uma série complexa de trocas de carga, criando a ‘faixa IBEX’. As simulações e as observações do IBEX identificam este processo, o qual leva entre 3 a 6 anos em média, como a causa mais provável para a criação da ‘faixa IBEX’.

Esta simulação mostra a origem das partículas da faixa em energias diferentes fora da heliopausa (legendada como HP). As partículas da faixa IBEX interagem com o campo magnético interestelar (ISMF) e viajam de volta para a Terra coletivamente dando a impressão de uma faixa que se espalha pelo céu. Créditos: SwRI & Zirnstein et al.

Fora da heliosfera jaz o meio interestelar, que abriga um plasma com velocidades, densidades e temperaturas diferentes das do plasma originado do vento solar, bem como gases neutros. Estes materiais interagem com a borda da heliosfera para criar uma região chamada de heliosfera interna (heliosheath) [1], delimitada no interior pelo ‘choque de terminação’ [1] (o qual está duas vezes mais longe de nós do que a órbita de Plutão) e no exterior pela ‘heliopausa’ [1], o limite entre o vento solar e o meio interestelar comparativamente denso.

Alguns prótons do vento solar que fluem para fora do Sol chegando até esta região fronteiriça ganham um elétron, tornando-se neutros (Hidrogênio molecular) e isso permite aos mesmos atravessar a ‘heliopausa’. Uma vez no meio interestelar, o hidrogênio molecular pode perder esse elétron novamente, fazendo-os girar ao redor do campo magnético interestelar. Se essas partículas apanham outro elétron, no local e momento ideais, podem ser disparadas de volta para a heliosfera, viajando todo o caminho de volta até à Terra, onde colidem com o detector do IBEX. As partículas transportam informações sobre toda aquela interação com o campo magnético interestelar e, quando atingem o detector, fornecem uma visão sem precedentes sobre as características dessa região no espaço.

Zirnstein comentou:

A Voyager 1 é a única sonda que já fez observações diretas do campo magnético interestelar e essas estão perto da heliopausa, onde a magnetosfera solar é distorcida. Mas esta análise fornece uma boa determinação da sua força e a direção para mais longe.

As direções das diferentes partículas da faixa que são atiradas de volta para a Terra são determinadas pelas características do campo magnético interestelar. Por exemplo, as simulações mostram que a maioria das partículas energéticas vêm de uma região do espaço diferente da região das partículas menos energéticas. Isto nos fornece pistas do modo como o campo magnético interestelar interage com a heliosfera.

Para este estudo recente, tais observações foram usadas para alimentar simulações da origem da faixa. Não só essas simulações preveem corretamente as localizações das partículas neutras da faixa sob diferentes energias, como também o calculado campo magnético interestelar por dedução está de acordo com as medições da Voyager 1, com o desvio dos gases neutros interestelares e com as observações de luz estelar polarizada distante.

Entretanto, algumas simulações anteriores do campo magnético interestelar não chegam a estarem alinhadas com as observações. Essas estimativas pré-IBEX foram largamente baseadas em dois pontos de dados: as distâncias nas quais as Voyager 1 e 2 cruzaram o ‘choque de terminação’.

Zirnstein explicou:

A espaçonave Voyager 1 cruzou o ‘choque de terminação’ na distância de 94 UAs (unidades astronômicas, 1 UA = aproximadamente 150 milhões de quilômetros) do Sol e a Voyager 2 a 84 UA. Essa diferença de 10 UA (1,5 bilhões de quilômetros) foi explicada principalmente por um campo magnético forte e bem inclinado que empurra a heliosfera.

Mas essa diferença pode ser explicada se considerarmos uma influência mais forte do ‘ciclo solar’, que pode levar a mudanças na força do vento solar e assim alterar a distância ao ‘choque de terminação’ nas direções das Voyager 1 e 2. As duas sondas Voyager fizeram as suas medições com quase três anos de intervalo entre si, dando tempo suficiente para o vento solar variável eventualmente mudar a distância do ‘choque de terminação’.

Zirnstein afirmou:

Os cientistas estão desenvolvendo modelos mais sofisticados do vento solar dependente do tempo.

As simulações geralmente combinam muito bem com os dados das Voyager.

Eric Christian, cientista do programa IBEX no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, EUA, que não esteve envolvido neste estudo, comentou:

As novas descobertas podem ser usadas para melhor compreender como o nosso ambiente espacial interage com o ambiente interestelar além da heliopausa. Por sua vez, o entendimento dessa interação pode ajudar a explicar o mistério do que provoca a faixa IBEX, de uma vez por todas.

Nota

[1] Para melhor entender a terminologia observe a ilustração abaixo:

A ilustração mostra as regiões fronteiriças da magnetosfera solar: o ‘choque de terminação’ (termination shock), a heliosfera (heliosphere), a heliosfera interna (heliosheath) e o arco de choque (bow shock).

Fonte

NASA: NASA’s IBEX Observations Pin Down Interstellar Magnetic Field

Artigo Científico

LOCAL INTERSTELLAR MAGNETIC FIELD DETERMINED FROM THE INTERSTELLAR BOUNDARY EXPLORER RIBBON

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