Redemoinhos de 20 km na superfície do Sol: o maior telescópio solar do mundo revela "ondas" de plasma que podem explicar o campo magnético

Quando duas camadas de fluido deslizam uma sobre a outra a velocidades diferentes, a fronteira entre elas enruga, enrola e parte-se em redemoinhos. É a instabilidade de Kelvin-Helmholtz, descrita pela primeira vez nos anos 1860 — e é a física das ondas que o vento forma na água e das nuvens que se enrolam em espiral. Há décadas que os astrofísicos suspeitavam que o mesmo fenómeno acontecia no plasma da superfície do Sol. Faltava um telescópio com olhos suficientemente aguçados para o ver.

Esse telescópio existe desde 2022 no cimo do vulcão Haleakala, no Havai: o Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), da Fundação Nacional da Ciência dos EUA, com um espelho de 4 metros — o maior telescópio solar do mundo. Ao fotografar uma região magnética ativa junto a uma mancha solar com luz de 416 nanómetros, a equipa viu algo que nenhuma imagem anterior mostrava: as fronteiras entre as concentrações de campo magnético e o plasma circundante não são suaves. São franjas quase inteiramente compostas por vórtices e estruturas onduladas, em formação e evolução contínuas.

O DKIST, com o seu espelho de 4 metros, está instalado a 3.000 metros de altitude no vulcão Haleakalā — acima do mar de nuvens, onde o ar é mais limpo e estável. Crédito: Wikimedia Commons / NSF

Vórtices de 65 quilómetros, vistos de 150 milhões de quilómetros

Os menores redemoinhos medem pouco mais de 20 quilómetros — perto do limite de difração do próprio telescópio, cerca de 19 km. Para dar escala: é o equivalente a identificar uma moeda de um euro a 180 quilómetros de distância. Nas bordas dos grânulos solares, as células de convecção com 500 a 2.000 km que cobrem toda a superfície visível da estrela, a equipa analisou 47 vórtices: o comprimento característico entre eles era de 65 km, com valores entre 25 e 170 km, e deslocavam-se a velocidades entre 0,67 e 3 quilómetros por segundo.

Para confirmar que não era um artefacto do processamento de imagem, os investigadores compararam as observações com simulações numéricas de alta resolução do código MURaM. As simulações produziram o mesmo fenómeno em 94 ocorrências, com comprimentos de 49 km e velocidades de 1,6 a 2,8 km/s — dentro das incertezas de medição dos dados reais. É a confirmação experimental de uma previsão teórica com décadas, publicada a 5 de agosto na revista Nature.

A interface pode tornar-se instável e desenvolver vórtices semelhantes a ondas, que crescem até se partirem — não muito diferente das ondas num lago ou no oceano em dias de vento.

— Friedrich Wöger, cientista sénior do National Solar Observatory e coautor do estudo

Na Terra, a mesma instabilidade de Kelvin-Helmholtz enrola as nuvens em espirais — o fenómeno que o DKIST acabou de observar, pela primeira vez, no plasma da superfície do Sol. Crédito: Wikimedia Commons

O mecanismo que torce o campo magnético do Sol

A descoberta importa porque responde a uma pergunta antiga: o que torce e entrelaça as linhas do campo magnético solar? A teoria do "flux braiding" propõe que o entrelaçamento das linhas de campo acumula energia magnética, libertada depois em pequenas erupções chamadas nanoflares. Mas ninguém tinha observado um mecanismo físico que fizesse essa torção. Os vórtices de Kelvin-Helmholtz aparecem continuamente, sempre que o campo magnético é suficientemente intenso — exatamente o que seria necessário.

As simulações mostram ainda que os redemoinhos não são estruturas de superfície: estendem-se até cerca de 400 quilómetros abaixo da fotosfera, como rolos verticais que mantêm a mesma fase e comprimento de onda em todas as profundidades. Ao misturar plasma magnetizado e não magnetizado, podem transportar energia e matéria entre o interior e a atmosfera do Sol — e, por arrasto, influenciar toda a estrutura da atmosfera solar, de espículas a erupções.

Uma nota de honestidade científica, sublinhada pelos próprios autores: a descoberta não resolve o famoso mistério do aquecimento coronal — o facto de a atmosfera exterior do Sol atingir 1 a 3 milhões de graus quando a superfície tem apenas 5.500. Identifica, sim, um mecanismo físico nunca observado que pode estar a bombear energia para cima, e quantificar a sua contribuição exata exigirá novas observações e modelos. O próximo passo é descobrir quão pequenos podem ficar estes vórtices — é possível que existam abaixo do limite de resolução atual do telescópio.