Uma explicação para as radiações de altas frequências produzidas pelas explosões solares acaba de ser proposta com base em processo físico observado em aceleradores de partículas de laboratório. O artigo detalhando o estudo – The contribution of microbunching instability to solar flare emission in the GHz to THz range of frequencies, de John Michael Klopf, do College of William and Mary (Williamsburg, Virginia, Estados Unidos), e Pierre Kaufmann, Jean-Pierre Raulin e Sérgio Szpiegel, os três da Universidade Presbiteriana Mackenzie – foi publicado em 10 de agosto no periódico The Astrophysical Journal.

O trabalho foi realizado no âmbito do Projeto Temático “Emissões da atividade solar do submilimétrico ao infravermelho (SIRA)”, apoiado pela FAPESP.

A proposta foi comprovada por meio de simulação computacional que tomou como base processos físicos ocorridos em aceleradores de partículas de laboratórios e investigou como esses processos ocorreriam em um contexto regido pelos parâmetros solares. “Os resultados mostraram-se muito convincentes. Foi um dos raros casos em que a simulação de plasmas espaciais a partir dos plasmas de laboratório resultou bem-sucedida”, disse Kaufmann à Agência FAPESP.

O processo físico em questão é o da radiação síncrotron coerente, que pode ocorrer quando feixes de elétrons são acelerados até atingir velocidades próximas à da luz. Essa radiação é produzida ao mesmo tempo que a bem conhecida radiação síncrotron incoerente, gerada pelos mesmos feixes, e depende da interação dos elétrons com os campos magnéticos.

Se as ondas que descrevem os elétrons ficam em coerência de fase, ao liberarem energia todos os elétrons o fazem ao mesmo tempo. É isso que constitui a radiação síncroton coerente,  caracterizada pela emissão de pulsos de energia de altíssima intensidade.

“Nos aceleradores, as partículas são aceleradas artificialmente por meio de campos magnéticos. No Sol, o processo está associado às manchas solares, que são polos magnéticos”, explicou o pesquisador do Mackenzie.

“Há um grande confinamento de partículas na região situada acima da mancha, na atmosfera solar. Tipicamente, esse confinamento tende a desaparecer em até dois meses terrestres, que é o tempo de duração das manchas solares, balizado pelo período de rotação do Sol”, afirmou Kaufmann. “Por causa de algum mecanismo que ainda ignoramos,pode acontecer de, em vez de se desmanchar, o plasma de partículas ser acelerado e expulso do Sol na forma de uma explosão, que os autores de língua inglesa chamam de flare (abrilhantamento ou fulguração), porque a região emite grande quantidade de radiação em um intervalo de tempo muito curto.”

Para ter ideia da magnitude do fenômeno, basta considerar que o número de partículas envolvidas em uma explosão solar é estimado em 1030 (o algarismo 1 seguido de 30 zeros, isto é, um nonilhão ou mil bilhões de bilhões de bilhões). E que a energia liberada é aproximadamente 100 bilhões de vezes maior do que a da bomba atômica lançada pelos Estados Unidos sobre a cidade japonesa de Hiroshima durante a Segunda Guerra Mundial.

As radiações eletromagnéticas geradas pelas explosões solares são estudadas desde os anos 1950. Os estudiosos, no entanto, haviam identificado apenas radiações nas faixas de frequência do rádio e das micro-ondas. Há cerca de uma década, porém, graças a um radiotelescópio brasileiro instalado nos Andes argentinos, descobriu-se que as explosões emitiam também radiação em frequências bem mais altas, próximas ao infravermelho distante, também conhecida como faixa terahertz.

“Isso trouxe um grande problema de interpretação”, comentou Kaufmann. “Para explicar esse tipo de emissão, simultânea às emissões em rádio na faixa de micro-ondas, estamos propondo agora a analogia com a radiação síncrotron coerente, previamente observada nos aceleradores de partículas.”

A explicação considera a possibilidade de os elétrons se aglutinarem com estados similares de energia e fase – o que pode ser causado, por exemplo, quando o feixe de elétrons se propaga por regiões afetadas por campos magnéticos irregulares. “Os aglomerados de elétrons podem, então, emitir subitamente radiação sincrotrônica em conjunto, de forma coerente. O fenômeno é denominado microbunching”, informou o pesquisador.

Segundo Kaufmann, o físico John Michael Klopf, primeiro autor do artigo, é um especialista em física de aceleradores e trabalhou muito tempo no grande acelerador do Laboratório Jefferson, nos Estados Unidos, um dos primeiros a detectar a ocorrência do fenômeno de microbunching.

“Nas regiões solares em que acontecem as explosões, os campos magnéticos são muito complexos e podem perfeitamente dar origem a aglomerados de elétrons semelhantes aos detectados nos laboratórios”, disse o pesquisador. 

Fonte: Fapesp