As sondas Voyager encontraram uma explosão de elétrons inédita no espaço interestelar

As sondas Voyager da NASA podem estar a bilhões de quilômetros de distância e ter mais de 40 anos, mas ainda estão fazendo descobertas significativas. Uma das mais recentes diz respeito a uma interação física desconhecida, quase nos limites do nosso Sistema Solar.

Um artigo publicado esta semana no Astronomical Journal descreve uma forma inteiramente nova de explosão de elétrons. Elas acontecem no meio interestelar, uma região do espaço na qual a densidade da matéria é extremamente baixa. Algo estranho está acontecendo com os elétrons dos raios cósmicos que estão passando por essa área remota: eles refletem e são impulsionados a velocidades extremas pelo avanço das ondas de choque produzidas pelo Sol.

Esse processo, por si só, no qual as ondas de choque empurram as partículas, não é nada novo. Contudo, a novidade é que essas explosões de elétrons estão aparecendo muito antes do avanço da onda de choque e ocorrem em uma região supostamente tranquila do espaço.

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Lançada em 1977, a Voyager 1 e a Voyager 2 têm feito um trabalho enorme de grandes descobertas, e ainda permitem um trabalho científico significativo depois de tantos anos. Mas em vez de estudar vulcões ativos na lua de Júpiter, Io, ou tirar fotos gloriosas dos anéis de Saturno, essas sondas agora estão estudando as águas não mapeadas além da heliopausa – a zona entre o plasma solar quente e o meio interestelar mais frio, nos confins do Sistema Solar.

A Voyager 1 está a 22,6 bilhões de quilômetros de distância da Terra, e a Voyager 2 a 18,8 bilhões, tornando as duas sondas nos aparelhos construídos por humanos mais distantes de seus criadores. As sondas foram lançadas em um intervalo de 16 dias uma da outra, mas foram enviadas em diferentes trajetórias durante suas respectivas viagens. A Voyager 1 cruzou a fronteira da heliopausa em 2012, e a Voyager 2 fez o mesmo em 2018. Atualmente, ambas estão viajando por uma região conhecida como meio interestelar médio (VLISM).

Alguns podem questionar o termo “meio interestelar” e alegar que as sondas da Voyager ainda estão tecnicamente dentro do Sistema Solar. Porém, Don Gurnett, astrofísico da Universidade de Iowa e coautor do novo artigo, nos contou por telefone que elas estão literalmente “no meio das estrelas”, entre o espaço que separa o nosso Sistema do restante do universo.

Em 2012, Gurnett e seus colegas declararam que a Voyager 1 cruzou o espaço interestelar – uma afirmação confirmada pela NASA no ano seguinte. “Muito antes de as sondas da agência espacial entrarem nesta região do espaço, pensávamos que que nada mudava lá. Mas o que descobrimos é que não é nada quieto. Muitas coisas importantes acontecem no meio interestelar”, explicou Gurnett.

Como uma pesquisa anterior mostrou, as ondas de choque estelares estão viajando para esta região do espaço como resultado de ejeções de massa coronal no Sol. Esses eventos altamente energéticos impulsionam gás quente e energia para o espaço, lançando-os em direção à heliopausa e ao meio interestelar em altíssimas velocidades. No entanto, mesmo viajando mais de 1,6 milhão de km/h, leva mais de um ano para essas ondas de choque atingirem a heliopausa e outro meio ano para chegarem às sondas Voyager. Para se ter uma ideia de quão longe as sondas estão agora, leva cerca de 20 horas para uma transmissão da Voyager (viajando na velocidade da luz) chegar aqui na Terra.

Como o novo artigo descreve, essas ondas de choque estão facilitando um comportamento até então invisível no meio interestelar. Ou seja, as rajadas de elétrons estão aparecendo muito antes do avanço das ondas de choque.

“O estudo é o único que analisa várias grandes tempestades solares que perfuram a bolha que o Sol esculpe no meio interestelar e se estende muito além de Plutão. A espaçonave Voyager está no meio interestelar e, portanto, está olhando para a bolha – e os choques que cruzam os limites da bolha – de fora, fornecendo um local de observação silencioso e único que não podemos observar de dentro da mesma bolha”, afirmou Herbert Funsten, cientista espacial do Laboratório Nacional de Los Alamos, e que não está envolvido com o novo estudo.

Ambas as sondas já estão no limite do Sistema Solar, em uma região conhecida como heliopausa. Imagem: Reprodução/NASA/JPL-Caltech

Os elétrons no VLISM estão saltando e sendo redirecionados por linhas de campo magnético no plasma interestelar, ou gás ionizado.

“As linhas de campo magnético no meio interestelar são quase puramente linhas retas. Detectamos as explosões de elétrons quando as ondas de choque tocaram pela primeira vez as linhas do campo magnético que percorrem a espaçonave Voyager. A onda de choque apenas toca a linha do campo magnético e há um salto no choque, que reflete e energiza alguns dos elétrons dos raios cósmicos”, disse Gurnett.

Na verdade, essa interação parece acelerar os elétrons, empurrando-os para frente da onda de choque. Os autores do estudo chamam esse fenômeno de “choques interestelares”. Como resultado, os elétrons aumentados se movem cerca de 670 vezes mais rápido do que as ondas de choque que os empurraram originalmente em direção à heliopausa, o que significa que estão sendo acelerados a velocidades próximas da relativística. Gurnett comparou esse fenômeno a um jogo de pingue-pongue, no qual a bola é o elétron e o choque no campo magnético é a raquete.

Curiosamente, as sondas também detectaram as próprias ondas de choque, que apareceram entre 13 e 30 dias após os picos de elétrons. Astrônomos já descreveram ondas de choque empurrando elétrons antes, mas essas interações ocorreram no local da onda de choque. Aqui, as explosões de elétrons estão acontecendo antes do choque, o que não foi visto antes.

Funsten disse que esses eventos são raros, mas eles estão fornecendo “pistas tentadoras” sobre os efeitos desses choques no meio interestelar. O cientista lembra que “mais dados serão necessários para entender melhor esses resultados”, incluindo informações da Voyager 2, “que não tem estado no meio interestelar por muito tempo”, bem como a próxima missão de mapeamento interestelar da NASA, que está programada para 2024.

O novo artigo pode melhorar nossa compreensão das complexas interações entre ondas de choque e radiação cósmica. Não apenas nos arredores da vizinhança do nosso Sistema Solar, mas também em torno de outras estrelas, incluindo aquelas em explosão. Essas descobertas também podem lançar uma nova luz sobre os tipos de exposição que os astronautas devem esperar enquanto trabalham no espaço.