A nave espacial Voyager detecta um aumento na densidade do espaço fora do Sistema Solar

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A imagem mostra a heliosfera (heliosphere), a heliopausa (heliopause), o choque de terminação (termination shock), a heliobainha (heliosheath) e as espaçonaves Voyager 1 e 2. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Em novembro de 2018, após uma viagem épica de 41 anos, a Voyager 2 finalmente cruzou a fronteira que marcava o limite da influência do Sol e entrou no espaço interestelar. Mas a missão da pequena sonda ainda não está concluída – agora ela está enviando para casa informações sobre o espaço além do Sistema Solar.

E está revelando algo surpreendente. Conforme a Voyager 2 se move cada vez mais longe do Sol, a densidade do espaço está aumentando.

Não é a primeira vez que esse aumento de densidade foi detectado. A Voyager 1, que entrou no espaço interestelar em 2012, detectou um gradiente de densidade semelhante em um local distinto.

Os novos dados da Voyager 2 mostram que não apenas a detecção da Voyager 1 foi legítima, mas que o aumento na densidade pode ser uma característica em grande escala do meio interestelar local (MIL).

A borda do Sistema Solar pode ser definida em alguns limites diferentes, mas aquele atravessado pelas sondas Voyager é conhecido como heliopausa e é definido pelo vento solar – um vento supersônico constante de plasma ionizado que sai do Sol em todas as direções. A heliopausa é o ponto em que a pressão externa do vento solar não é mais forte o suficiente para repelir o vento interestelar.

O espaço dentro da heliopausa é a heliosfera, e o espaço fora dela é o MIL. Mas a heliosfera não é uma esfera redonda. É mais parecido com um formato oval, com o Sistema Solar em uma extremidade e uma cauda atrás; o “nariz” é apontado na direção da órbita do Sistema Solar na Via Láctea.

Ambas as Voyagers cruzaram a heliopausa pelo nariz, mas com uma diferença de 67 graus na latitude heliográfica e 43 graus de diferença na longitude.

O espaço é geralmente considerado um grande vácuo, mas não é – pelo menos, não completamente. A densidade da matéria é extremamente baixa, mas ainda existe. No Sistema Solar, o vento solar tem densidade média de prótons e elétrons de 3 a 10 partículas por centímetro cúbico, mas diminui à medida que você se afasta do Sol.

A densidade média de elétrons do meio interestelar na Via Láctea, entre as estrelas, foi calculada em cerca de 0,037 partículas por centímetro cúbico. E a densidade do plasma na heliosfera externa é de cerca de 0,002 elétrons por centímetro cúbico.

Conforme as sondas Voyager cruzavam além da heliopausa, seus instrumentos chamados de Plasma Wave Science detectaram a densidade de elétrons do plasma por meio de oscilações.

A Voyager 1 cruzou a heliopausa em 25 de agosto de 2012, a uma distância de 121,6 unidades astronômicas da Terra (121,6 vezes a distância entre a Terra e o Sol, ou seja, cerca de 18,1 bilhões de km).

Quando mediu pela primeira vez as oscilações do plasma após cruzar a heliopausa em 23 de outubro de 2013 a uma distância de 122,6 unidades astronômicas (18,3 bilhões de km), a Voyager 1 detectou uma densidade plasmática de 0,055 elétrons por centímetro cúbico.

A Voyager 2, que percorreu o caminho longo, passando por Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, cruzou a heliopausa em 5 de novembro de 2018 a uma distância de 119 unidades astronômicas (17,8 bilhões de km). Ela mediu as oscilações do plasma em 30 de janeiro de 2019 a uma distância de 119,7 unidades astronômicas (17,9 bilhões), encontrando uma densidade plasmática de 0,039 elétrons por centímetro cúbico, muito próxima à medição da Voyager 1.

E ambos os instrumentos relataram um aumento na densidade. Depois de viajar outras 20 unidades astronômicas (2,9 bilhões de km) através do espaço, a Voyager 1 relatou um aumento para cerca de 0,13 elétrons por centímetro cúbico.

Mas as detecções feitas pela Voyager 2 em junho de 2019 mostraram um aumento muito mais nítido na densidade de cerca de 0,12 elétrons por centímetro cúbico, a uma distância de 124,2 unidades astronômicas (18,5 bilhões de unidades).

Dado que o plasma na pressão atmosférica da Terra tem uma densidade de elétrons de 10^13 por centímetro cúbico, essas quantidades podem parecer minúsculas, mas são significativas o suficiente para justificar nosso interesse – especialmente, porque não está claro o que causa isso.

Uma teoria é que as linhas do campo magnético interestelar se tornam mais fortes à medida que descem da heliopausa. Isso poderia gerar uma instabilidade de cíclotron de íons eletromagnéticos que esgota o plasma da região de cobertura. A Voyager 2 detectou um campo magnético mais forte do que o esperado quando cruzou a heliopausa.

Outra teoria é que o material soprado pelo vento interestelar deve desacelerar ao atingir a heliopausa, causando uma espécie de congestionamento. Isso foi possivelmente detectado pela nova sonda New Horizons do Sistema Solar, que em 2018 captou um brilho ultravioleta fraco resultante de um acúmulo de hidrogênio neutro na heliopausa.

Também é possível que ambas as explicações estejam corretas. Medições futuras feitas por ambas as sondas Voyager, enquanto continuam sua jornada no espaço interestelar, podem ajudar a descobrir isso. Mas é um tiro no escuro.

“Não é certo”, escreveram os pesquisadores em seu artigo, “de que as Voyagers serão capazes de operar longe o suficiente para distinguir entre essas duas classes de modelos”.

A pesquisa foi publicada no The Astrophysical Journal Letters.