Novas descobertas resolvem agora um enigma com décadas relacionado com o brilho de raios-X de baixa energia observado em todo o céu. Graças a detectores remodelados, que foram usados pela primeira vez num foguete sonda da NASA na década de 1970, os astrónomos já confirmaram que uma grande parte desse brilho de raios-X vem de uma região de plasma interstelar a milhões de graus conhecida como a Bolha Quente Local, ou LHB (Local Hot Bubble).

Ao mesmo tempo, o estudo também estabelece os limites máximos para a quantidade de raios-X de baixa energia produzida dentro do nosso sistema planetário pelo vento solar.

"Interacções entre o vento solar e átomos neutros em cometas, atmosferas exteriores de planetas e até mesmo gás interstelar produzem raios-X de baixa energia", explicou o membro da equipa Steve Snowden, astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Precisamos de ter em conta estes processos, porque os raios-X que produzem complicam as nossas observações do Universo mais vasto."

Décadas de mapeamento do céu em raios-X com energias à volta dos 250 electrões-volt - cerca de 100 vezes a energia da luz visível – revelaram uma forte emissão precisamente onde não deveria existir. A emissão, conhecida como emissão difusa de fundo de raios-X de baixa energia, é surpreendentemente brilhante no plano central, rico em gás, da nossa galáxia, onde deveria ser fortemente absorvida. Este facto veio sugerir que se tratava de um fenómeno local decorrente de uma bolha de gás quente que se estende em todas as direcções e por algumas centenas de anos-luz a partir do Sistema Solar. Novas medições realizadas tornaram também claro que o Sol reside numa região onde o gás interstelar é extraordinariamente escasso. A junção de todos os dados sugere que o Sistema Solar se está a mover através de uma região que pode ter sido despojada pela explosão de uma ou mais supernovas durante os últimos 20 milhões de anos.

Na década de 1990, uma pesquisa de todo o céu realizada durante seis meses pelo observatório de raios-X alemão ROSAT forneceu mapas melhorados da emissão difusa de fundo, mas também revelou que os cometas eram uma fonte inesperada de raios-X de baixa energia. À medida que os cientistas começaram a compreender este processo, a que se chamou troca de carga do vento solar, perceberam que poderia ocorrer em qualquer lugar onde átomos neutros interagissem com os iões do vento solar.

“Durante a última década, alguns cientistas têm vindo a desafiar a interpretação LHB, sugerindo que a maior parte da emissão difusa de fundo de raios-X de baixa energia é resultado de uma troca de carga", disse F. Scott Porter, astrofísico do Goddard, também a participar no estudo. "A única maneira de verificarmos era desenvolvendo instrumentos e fazendo medições."

Uma colaboração internacional, liderada por Massimiliano Galeazzi, professor de física na Universidade de Miami em Coral Gables, Florida, desenvolveu uma missão para esse mesmo efeito. A equipa inclui cientistas da NASA, da Universidade de Wisconsin - Madison, da Universidade de Michigan em Ann Arbor, da Universidade do Kansas em Lawrence, da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland, do Centro Nacional Francês para a Pesquisa Científica (CNRS), com sede em Paris, bem como de outras instituições.

Galeazzi e os seus colegas reconstruíram, testaram, calibraram e adaptaram detectores de raios-X originalmente desenvolvidos pela Universidade de Wisconsin e usados em foguetes sonda na década de 1970. Foram também adaptados componentes de outro instrumento usado no vaivém espacial Endeavour, em 1993. A missão recebeu o nome de DXL (Diffuse X-ray emission from the Local Galaxy) - emissão difusa de raios-X da Galáxia Local.

Em 12 de Dezembro de 2012, a DXL foi lançada a partir de White Sands Missile Range, no Novo México, a bordo do foguete sonda da NASA Black Brant IX, atingindo uma altitude máxima de 258 km e passando cinco minutos acima da atmosfera terrestre. O design da missão permitia ao instrumento observar o pior cenário envolvendo a troca de carga com gás interestelar.

O Sistema Solar está a passar por uma pequena nuvem de gás interstelar frio que se move através da Galáxia. Os átomos neutros de hidrogénio e hélio da nuvem propagam-se através do sistema planetário a 90000 km/h. Enquanto os átomos de hidrogénio rapidamente se ionizam e respondem a numerosas forças, os átomos de hélio viajam regidos em grande parte pela gravidade do Sol. Isto cria um cone de hélio a partir do Sol que atravessa a órbita da Terra e que se localiza alto, no céu, perto da meia-noite no início de Dezembro.

"Este cone de hélio cria uma região com muito maior densidade de átomos neutros e o correspondente aumento da taxa de troca de carga", disse Snowden.

O vento solar é acelerado na coroa solar, a parte mais quente da atmosfera do Sol, de modo que os seus átomos são ionizado. Quando um átomo neutro colide com um ião de vento solar é frequente um dos seus electrões saltar para a partícula carregada. Uma vez capturado pelo ião, o electrão permanece por alguns instantes no estado excitado, depois emite raios-X de baixa energia e estabelece-se num nível de energia mais baixo. É o que acontece no processo de troca de carga do vento solar.

Uma animação que ilustra o processo de troca de carga do vento solar pode ser vista aqui: https://www.youtube.com/watch?v=nNrKyCbf8Gk

Para definirem uma linha de base para a emissão de fundo de raios-X de baixa energia, os investigadores usaram dados capturados pela missão ROSAT, em Setembro de 1990, na direcção que olha ao longo do cone de hélio (em vez de para o cone). Os resultados, publicados online na revista Nature, a 27 de Julho, indicam que apenas cerca de 40% da emissão de fundo de raios-X de baixa energia tem origem dentro do Sistema Solar.

"Agora sabemos que a emissão vem de ambas as fontes, mas a quantidade maior vem da Bolha Quente Local, LHB ", disse Galeazzi, acrescentando: "Esta é uma descoberta significativa. A existência ou não da bolha local, em particular, afecta a nossa compreensão da região da Galáxia próxima do Sol, e pode, por isso, ser usada como base para futuros modelos da estrutura da Galáxia". E os resultados confirmam a existência da Bolha Quente Local.

Galeazzi e seus colaboradores já estão a planear o próximo voo da missão DXL, que incluirá instrumentos adicionais para melhor poderem caracterizar a emissão. O lançamento está previsto para Dezembro de 2015.

"A equipa da DXL é um exemplo extraordinário da ciência interdisciplinar, reunindo astrofísicos, cientistas planetários e físicos do Sol", acrescentou Porter. "Não é comum, mas é muito gratificante quando cientistas com interesses tão diversos se unem para produzir resultados tão inovadores."

Fonte da notícia: http://www.nasa.gov/content/goddard/nasa-funded-x-ray-instrument-settles-interstellar-debate/#.U9fbIqi0bfY