Uma equipe multi-institucional de astrofisicos sediada na Universidade de Boston, liderada pelo astrofisico Merav Opher, fez uma descoberta revoluciona¡ria em nossa compreensão das forças ca³smicas que moldam a bolha protetora em torno de nosso sistema solar - uma bolha que protege a vida na Terra e éconhecida pelos pesquisadores espaciais como heliosfera.

Os astrofisicos acreditam que a heliosfera protege os planetas dentro de nosso sistema solar da poderosa radiação que emana de supernovas, as explosaµes finais de estrelas moribundas em todo o universo. Eles acreditam que a heliosfera se estende muito além do nosso sistema solar, mas apesar do enorme buffer contra a radiação ca³smica que a heliosfera fornece a s formas de vida da Terra, ninguanãm sabe realmente a forma da heliosfera - ou, por falar nisso, o tamanho dela. 

"Como isso érelevante para a sociedade? A bolha que nos rodeia, produzida pelo sol, oferece proteção contra os raios ca³smicos gala¡cticos, e o formato dela pode afetar como esses raios entram na heliosfera", diz James Drake, astrofisico da Universidade de Maryland, que colabora com Opher. "Existem muitas teorias, mas, éclaro, a maneira como os raios ca³smicos gala¡cticos podem entrar pode ser impactada pela estrutura da heliosfera - ela tem rugas e dobras e esse tipo de coisa?"

A equipe de Opher construiu algumas das simulações de computador mais atraentes da heliosfera, com base em modelos construa­dos em dados observa¡veis ​​e astrofa­sica tea³rica. Na BU, no Centro de Fa­sica Espacial, Opher, um professor de astronomia da Faculdade de Artes e Ciências, lidera um Centro de Ciências NASA DRIVE (Diversity, Realize, Integrate, Venture, Educate) que éfinanciado por US $ 1,3 milha£o em fundos da NASA. Essa equipe, formada por especialistas Opher recrutados de outras 11 universidades e institutos de pesquisa, desenvolve modelos preditivos da heliosfera em um esfora§o que a equipe chama de SHIELD (Solar-wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-Scale Dynamics). 

Desde que o NASA DRIVE Science Center da BU recebeu financiamento pela primeira vez em 2019, a equipe SHIELD de Opher tem buscado respostas para várias perguntas intrigantes: Qual éa estrutura geral da heliosfera? Como suaspartículas ionizadas evoluem e afetam os processos heliosfanãricos? Como a heliosfera interage e influencia o meio interestelar, a matéria e a radiação que existe entre as estrelas? E como os raios ca³smicos são filtrados ou transportados pela heliosfera? 

"A SHIELD combina teoria, modelagem e observações para construir modelos abrangentes", diz Opher. "Todos esses diferentes componentes trabalham juntos para ajudar a entender os quebra-cabea§as da heliosfera."

E agora um artigo publicado por Opher e colaboradores no Astrophysical Journal revela quepartículas neutras de hidrogaªnio fluindo de fora de nosso sistema solar provavelmente desempenham um papel crucial na forma como nossa heliosfera toma forma.

Em seu último estudo, a equipe de Opher queria entender por que os jatos heliosfanãricos - colunas florescentes de energia e matéria que são semelhantes a outros tipos de jatos ca³smicos encontrados em todo o universo - se tornam insta¡veis. "Por que estrelas e buracos negros - e nosso pra³prio sol - ejetam jatos insta¡veis?" Opher diz. "Vemos esses jatos projetando-se como colunas irregulares e [os astrofisicos] hános se perguntam por que essas formas apresentam instabilidades."

Da mesma forma, os modelos SHIELD prevaªem que a heliosfera, viajando em conjunto com nosso sol e abrangendo nosso sistema solar, não parece ser esta¡vel. Outros modelos da heliosfera desenvolvidos por outros astrofisicos tendem a representar a heliosfera como tendo a forma de um cometa, com um jato - ou uma "cauda" - fluindo atrás em seu rastro. Em contraste, o modelo de Opher sugere que a heliosfera tem a forma mais parecida com um croissant ou mesmo um donut.

O motivo disso? Partí­culas neutras de hidrogaªnio, assim chamadas porque tem quantidades iguais de carga positiva e negativa que não geram nenhuma carga.

“Eles vão fluindo atravanãs do sistema solar”, diz Opher. Usando um modelo computacional como uma receita para testar o efeito dos 'neutros' na forma da heliosfera, ela "tirou um ingrediente do bolo - os neutros - e notou que os jatos vindos do sol, moldando a heliosfera, tornaram-se superesta¡veis. Quando eu os coloco de volta, as coisas comea§am a dobrar, o eixo central comea§a a balana§ar, e isso significa que algo dentro dos jatos heliosfanãricos estãose tornando muito insta¡vel. "

Uma instabilidade como essa, teoricamente, causaria perturbações nos ventos e jatos solares que emanam de nosso sol, fazendo com que a heliosfera se dividisse em uma forma semelhante a um croissant. Embora os astrofisicos ainda não tenham desenvolvido maneiras de observar a forma real da heliosfera, o modelo de Opher sugere que a presença de neutros colidindo com nosso sistema solar tornaria impossí­vel para a heliosfera fluir uniformemente como um cometa em movimento. E uma coisa écerta - os neutros estãodefinitivamente abrindo caminho atravanãs do Espaço.

Drake, um coautor do novo estudo, diz que o modelo de Opher "oferece a primeira explicação clara de por que a forma da heliosfera se divide nas áreas norte e sul, o que poderia impactar nossa compreensão de como os raios ca³smicos gala¡cticos chegam a  Terra e nos arredores -Ambiente terrestre. " Isso pode afetar a ameaça que a radiação representa para a vida na Terra e também para os astronautas no espaço ou futuros pioneiros que tentam viajar para Marte ou outros planetas.

"O universo não estãoquieto", diz Opher. "Nosso modelo BU não tenta eliminar o caos, o que me permitiu localizar a causa [da instabilidade da heliosfera] .... Aspartículas neutras de hidrogaªnio."

Especificamente, a presença de neutros colidindo com a heliosfera desencadeia um fena´meno bem conhecido pelos fa­sicos, denominado instabilidade de Rayleigh-Taylor, que ocorre quando dois materiais de densidades diferentes colidem, com o material mais leve empurrando o material mais pesado. a‰ o que acontece quando o a³leo estãosuspenso acima da águae quando fluidos ou materiais mais pesados ​​estãosuspensos acima dos fluidos mais leves. A gravidade desempenha um papel e da¡ origem a algumas formas descontroladamente irregulares. No caso dos jatos ca³smicos, o arrasto entre aspartículas neutras de hidrogaªnio e os a­ons carregados cria um efeito semelhante ao da gravidade. Os "dedos" vistos na famosa Nebulosa da Cabea§a de Cavalo, por exemplo, são causados ​​pela instabilidade de Rayleigh-Taylor. 

"Esta descoberta éum grande avanço, realmente nos colocou na direção de descobrir por que nosso modelo obtanãm sua heliosfera em forma de croissant distinta e por que outros modelos não", diz Opher.