Cientistas detectam o mais alto

A luz mais energética já vista emanando do Sol acaba de ser detectada, criando um novo quebra-cabeça para os físicos solares resolverem.

Uma campanha de observação de 6 anos realizada por mais de 30 instituições na América do Norte, Europa e Ásia resultou na primeira detecção de radiação gama solar na faixa do teraelétron-volt (TeV).

Mas, ao contrário do que se poderia esperar, não se correlacionou com o aumento da atividade solar; ou, na verdade, qualquer atividade solar. Em vez disso, o Sol estava bastante calmo no momento da detecção, e os nossos modelos atuais do Sol não conseguem explicar isso.

O Sol é a estrela mais intensamente estudada do cosmos. Temos observações que abrangem todo o espectro, desde ondas de rádio de baixa frequência até a luz mais energética do Universo, a radiação gama. Apesar de tudo isso, porém, há muito que não sabemos sobre nossa estrela local. Detalhes sobre seus processos ainda nos escapam.

Sabemos que os campos magnéticos são importantes, desempenhando um papel crucial em praticamente toda a atividade solar que observamos, mas os seus mecanismos são pouco compreendidos. Estudamos a luz emitida pelo Sol para tentar obter uma compreensão mais profunda.

O observatório High Altitude Water Cherenkov (HAWC) no México é uma das ferramentas que usamos para estudar a radiação gama e cósmica do espaço que colide com a atmosfera da Terra.

A atmosfera impede que esta radiação chegue até nós, mas isso pode produzir partículas de alta energia que podem ser detectadas no escuro, e a energia e a direção dos raios gama originais são calculadas a partir dessa detecção.

“O HAWC está entre os poucos detectores capazes de observar o Sol na faixa do TeV”, escreve a Colaboração Internacional HAWC que conduziu a pesquisa. "Seu grande campo de visão e alta fração de tempo real permitem exposição contínua enquanto o Sol transita pelo céu."

Nos dados recolhidos através do HAWC entre 2014 e 2021, os investigadores detectaram emissões que variam entre 0,5 e 2,6 TeV (um TeV equivale a um bilião de electrões-volts) provenientes da direcção do Sol. O seu novo pipeline de análise determinou que esta emissão vinha do Sol, com uma probabilidade de 6,3 sigma.

Não é a luz de maior energia já vista no espaço. Esse registro pertence a uma observação de raios gama de 450 TeV vindos da direção da Nebulosa do Caranguejo há vários anos. Mas é um novo sucesso para nossa própria estrela.

“Depois de analisar dados de seis anos, surgiu este excesso de raios gama”, diz Mehr Un Nisa, físico de astropartículas da Universidade Estadual de Michigan.

"Quando o vimos pela primeira vez, pensamos: 'Definitivamente estragamos tudo. O sol não pode ser tão brilhante com essas energias'".

Sabemos que às vezes o Sol fica turbulento. Ele ataca com explosões solares e ejeções de massa coronal. Mas o Sol não emite apenas luz. Ele também é atingido por isso. Os raios cósmicos da galáxia mais ampla fluem constantemente pelo espaço. Aqui na Terra, esses raios cósmicos interagem com a atmosfera para produzir um brilho de raios gama.

Acredita-se que um processo semelhante ocorra no Sol. Os raios cósmicos galácticos colidem com núcleos na atmosfera solar, na faixa do gigaelétron-volt (1 bilhão de elétron-volts).

A equipe pensa que a emissão de TeV é provavelmente resultado desta interação. Eles também deram uma olhada nos dados GeV coletados pelo HAWC e pelo telescópio espacial de raios gama Fermi LAT da NASA, e descobriram que a emissão GeV era mais brilhante e copiosa do que o esperado durante os períodos calmos do Sol.

O que não sabemos é como a emissão fica tão brilhante. Não corresponde aos modelos teóricos. Dado o quão péssimo o Sol é com campos magnéticos confusos, é provável que eles desempenhem um papel. Na verdade, um artigo publicado no início deste ano propôs que os campos magnéticos solares atuem como aceleradores para os elétrons dos raios cósmicos produzirem radiação gama síncrotron.

No entanto, mais modelagem precisará ser feita para determinar exatamente como isso é feito.

“Modelos de interações de raios cósmicos no Sol… já subestimam o fluxo de raios gama observado do Sol na faixa GeV”, escreve a Colaboração HAWC. “Nossas observações destacam a necessidade de uma estrutura revisada que possa explicar o excesso anômalo de raios gama do Sol também na faixa do TeV”.