Como a mancha solar mais fria do Sol impulsiona a coroa de um milhão de graus

com dados de[{” attribute=””>Big Bear Solar Observatory’s Goode Solar Telescope, researchers discover intense wave energy in the coldest region on the Sun, the sunspot umbra, which is driving puzzling temperatures in the star’s upper atmosphere.

Nearly five thousand kilometers above the Sun’s surface lies a century-old question for solar physicists — how are temperatures in the star’s upper atmosphere, or corona, hundreds of times hotter than temperatures at the Sun’s visible surface?

An international team of scientists has a new answer to the question — commonly referred to as the Sun’s coronal heating problem — with new observational data obtained with the 1.6-meter Goode Solar Telescope (GST) at Big Bear Solar Observatory (BBSO), operated by NJIT’s Center for Solar Terrestrial Research (CSTR).

In a study published recently in the journal Nature Astronomy, researchers have unveiled the discovery of intense wave energy from a relatively cool, dark and strongly magnetized plasma region on the Sun, capable of traversing the solar atmosphere and maintaining temperatures of a million degrees Kelvin inside the corona.

Extreme ultra-violet emission by solar coronal plasma at millions of degrees. Credit: Atmospheric Imaging Assembly (AIA) on board NASA’s Solar Dynamics Observatory (SDO) spacecraft

Researchers say the finding is the latest key to unraveling a host of related mysteries pertaining to Earth’s nearest star.

“The coronal heating problem is one of the biggest mysteries in solar physics research. It has existed for nearly a century,” said Wenda Cao, BBSO director and NJIT physics professor who is co-author of the study. “With this study, we have fresh answers to this problem, which may be key to untangling many confusing questions in energy transportation and dissipation in the solar atmosphere, as well as the nature of space weather.”

Using GST’s unique imaging capabilities, the team led by Yuan Ding was able to initially capture transverse oscillations in the darkest and coldest region on the Sun, called the sunspot umbra.

Such dark sunspot regions can form as the star’s strong magnetic field suppresses thermal conduction and hinders the energy supply from the hotter interior to the visible surface (or photosphere), where temperatures reach roughly 5,000 degrees Celsius.

Vídeo apresentando observações de alta resolução de movimento tangencial em manchas solares. Crédito: NJIT-BBSO, Yuan et al., Nature Astronomy, 2023

Para investigar, a equipe mediu a atividade relacionada a várias características escuras detectadas em uma mancha solar ativa registrada em 14 de julho de 2015 pelo GST do BBSO – incluindo movimentos tangenciais oscilantes de fibras de plasma dentro da sombra da mancha solar, onde o campo magnético é mais de 6.000 vezes mais forte. que os da Terra.

“As fibras aparecem como estruturas cônicas com uma altura típica de 500-1.000 km e uma largura de cerca de 100 km”, explicou Vasyl Yurchyshyn, professor de pesquisa de heliofísica do NJIT-CSTR e cientista sênior do BBSO. “Eles têm de dois a três minutos e tendem a reaparecer no mesmo local nas partes mais escuras da sombra, onde os campos magnéticos são mais fortes.”

“Essas fibras dinâmicas escuras são observadas na região da sombra solar há muito tempo, mas pela primeira vez nossa equipe conseguiu detectar oscilações laterais que são manifestações de ondas rápidas”, disse Cao. “Essas ondas transversais contínuas e onipresentes em fibras fortemente magnetizadas trazem energia para cima através de canais magnéticos verticalmente longos e contribuem para o aquecimento da atmosfera superior do Sol”.

Anatomia do nosso sol. Crédito: ESA

Por meio de simulações numéricas dessas ondas, a equipe estima que a energia transferida pode ser milhares de vezes mais forte que a perda de energia no plasma da região ativa na atmosfera superior do Sol – dissipando energia até quatro ordens de magnitude mais forte que a taxa de aquecimento. necessário para sustentá-lo. As temperaturas escaldantes do plasma aumentam na coroa.

“Várias ondas foram observadas em todo o sol, mas sua energia geralmente é muito baixa para aquecer a coroa”, disse Jurcheshin. “As ondas rápidas detectadas nas manchas solares são uma fonte de energia permanente e eficiente que pode ser responsável pelo aquecimento da coroa sobre as manchas solares”.

Por enquanto, dizem os pesquisadores, as novas descobertas não apenas revolucionam nossa visão das manchas solares, mas fornecem outro passo importante no avanço da compreensão dos físicos sobre os processos de transferência de energia e aquecimento da coroa solar.

No entanto, questões sobre o problema do aquecimento coronal ainda permanecem.

“Embora esses resultados sejam um passo adiante para resolver o mistério, o fluxo de energia que sai das manchas solares pode ser responsável apenas pelo aquecimento dos anéis que estão enraizados nas manchas solares”, disse Kao. Enquanto isso, existem outras regiões livres de manchas solares associadas a anéis coronais quentes que ainda estão esperando para serem explicadas. Esperamos que o GST/BBSO continue a fornecer evidências observacionais de alta resolução para desvendar mais mistérios de nossa estrela.”

Referência: “Oscilações transversais e fonte de energia em uma mancha solar fortemente magnetizada” por Ding Yuan, Libo Fu, Wenda Cao, Bajij Koma, Michel Gerets e Juan C. Miao, Song Feng, Xishang Feng, Carlos Quintero Noda, Basilio Ruiz Cobo e Jiangtao Su, 25 de maio de 2023, astronomia natural.
DOI: 10.1038/s41550-023-01973-3