O que é mais divertido do que algo que se comporta mal? No que diz respeito à dinâmica solar, sabemos muito, mas há muitas coisas que ainda não entendemos. Por exemplo, quando uma explosão solar cheia de partículas sai do Sol, suas linhas de campo magnético podem fazer algumas coisas inesperadas - como separar-se e reconectar-se rapidamente. De acordo com o teorema de congelamento de fluxo, essas linhas magnéticas devem simplesmente "fluir para longe" com as partículas. Eles devem permanecer intactos, mas não o fazem. Não é apenas uma regra simples que eles quebram ... é uma lei da física.
O que pode explicar isso? Em um artigo publicado na edição de 23 de maio da revista Nature, uma equipe de pesquisa interdisciplinar liderada por um físico matemático de Johns Hopkins pode ter encontrado uma explicação plausível. Segundo o grupo, o fator subjacente é a turbulência - o "mesmo tipo de distúrbio violento que pode empurrar um avião de passageiros quando ocorre na atmosfera" - ou aquele que seu irmão deixa para trás depois de comer feijão. Empregando uma técnica de modelagem computacional bem organizada e construída de maneira lógica, os pesquisadores conseguiram simular o que acontece quando as linhas do campo magnético se deparam com a turbulência em um surto solar. Armado com essas informações, eles foram capazes de declarar seu caso.
"O teorema do congelamento de fluxo geralmente explica as coisas de maneira bonita", disse Gregory Eyink, professor do Departamento de Matemática Aplicada e Estatística que foi o autor principal do estudo "Natureza". “Mas em outros casos, falha miseravelmente. Queríamos descobrir por que essa falha ocorre. ”
Apenas o que é o teorema de congelamento de fluxo? Talvez você já tenha ouvido falar de Hannes Alfvén. Ele foi um engenheiro elétrico sueco, físico de plasma e vencedor do Prêmio Nobel de Física de 1970 por seu trabalho em magneto-hidrodinâmica (MHD). Ele é o homem responsável por explicar o que hoje conhecemos como ondas de Alfvén - uma oscilação de baixa frequência dos íons e do campo magnético no plasma. Bem, cerca de 70 anos atrás, ele teve a idéia de que linhas de força magnéticas navegam ao longo de um fluido de locomotiva semelhante a trechos de fios que fluem ao longo de um riacho. Deveria ser impossível que eles quebrassem e depois se juntassem novamente. No entanto, os físicos solares descobriram que esse não é o caso quando se trata de atividade dentro de uma explosão solar particularmente violenta. Em suas observações, eles determinaram que as linhas do campo magnético dentro dessas explosões podem se estender até o ponto de ruptura e reconectar-se em uma quantidade surpreendentemente rápida de tempo - em apenas 15 minutos. Quando isso acontece, ele expele uma quantidade abundante de energia que, por sua vez, alimenta a chama.
"Mas o princípio de congelamento de fluxo da física moderna de plasma implica que esse processo na coroa solar deve levar um milhão de anos!" Eyink afirma animadamente. "Um grande problema na astrofísica é que ninguém poderia explicar por que o congelamento de fluxo funciona em alguns casos, mas não em outros."
Certamente, sempre houve especulações de que a turbulência pode ter sido a fonte raiz do comportamento enigmático. Hora da investigação? Pode apostar. Eyink então uniu forças - e mentes - com outros especialistas em astrofísica, engenharia mecânica, gerenciamento de dados e ciência da computação, com base na Johns Hopkins e em outras instituições. "Por necessidade, esse foi um esforço altamente colaborativo", disse Eyink. “Todo mundo estava contribuindo com seus conhecimentos. Ninguém poderia ter conseguido isso.
O próximo passo foi criar uma simulação por computador - uma simulação que pudesse duplicar o estado plasmático da atividade do flare solar e todas as nuances pelas quais as partículas carregadas sofrem durante diferentes condições. "Nossa resposta foi muito surpreendente", afirmou Eyink. “O congelamento magnético do fluxo não é mais verdadeiro quando o plasma se torna turbulento. Muitos físicos esperavam que o congelamento do fluxo tivesse um papel ainda maior à medida que o plasma se tornasse mais altamente condutor e mais turbulento, mas, na verdade, ele se decompõe completamente. Em uma surpresa ainda maior, descobrimos que o movimento das linhas do campo magnético se torna completamente aleatório. Não quero dizer "caótico", mas tão imprevisível quanto a mecânica quântica. Em vez de fluir de maneira ordenada e determinística, as linhas do campo magnético se espalham como uma nuvem de fumaça.
É claro que outros especialistas em energia solar acham que pode haver respostas alternativas para essa atividade de quebra de regras dentro das explosões solares, mas como Eyink diz: "Acho que fizemos um caso bastante convincente de que apenas a turbulência pode explicar a quebra de linha de campo".
O mais emocionante é o esforço colaborativo dos membros da equipe de disciplinas tão variadas. Foi um esforço de grupo que ajudou Eyink a criar essa nova teoria sobre o enigma da explosão solar. "Usamos novos métodos inovadores de banco de dados, como os empregados no Sloan Digital Sky Survey, combinados com técnicas de computação de alto desempenho e desenvolvimentos matemáticos originais", disse ele. "O trabalho exigia um casamento perfeito entre física, matemática e ciência da computação para desenvolver uma abordagem fundamentalmente nova para a realização de pesquisas com conjuntos de dados muito grandes".
Em conclusão, Eyink observou que esse tipo de trabalho de pesquisa pode muito bem nos dar uma melhor compreensão das explosões solares e das ejeções de massa coronal. Como sabemos, esse tipo de "clima espacial" perigoso pode ser prejudicial aos astronautas, interromper os satélites de comunicação e até ser responsável pelo desligamento das redes de energia elétrica da Terra. E você sabe o que isso significa ... sem TV via satélite e sem energia para assistir. Mas, tudo bem.
"Eu não fico até tarde. Não quero ir. Estou em casa por volta das oito ... Só eu e meu rádio. Não estou me comportando mal ... Salvando meu amor por você. "
Fonte da história original: Comunicado de imprensa da Johns Hopkins University.
