A nave espacial Voyager detecta um aumento na densidade do espaço fora do sistema solar

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 separado.

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 (VLIM).

A borda do Sistema Solar pode ser definida por alguns limites diferentes, mas aquele atravessado pelas sondas Voyager é conhecido como heliopausa, e é definido pelo vento solar.

Este é um vento supersônico constante de plasma ionizado que sai do Sol em todas as direções, e a heliopausa é o ponto em que a pressão externa desse vento não é mais forte o suficiente para empurrar o vento do espaço interestelar.

( NASA / JPL-Caltech )

O espaço dentro da heliopausa é a heliosfera, e o espaço fora dela é o VLIM. Mas a heliosfera não é uma esfera redonda. É mais parecido com um oval, com o Sistema Solar em uma extremidade e uma cauda fluindo 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 vácuo, mas não é, 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 Plasma Wave Science detectaram a densidade de elétrons do plasma por meio de oscilações de plasma.

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, voando 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). Ele 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.

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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 para 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 as causa.

Uma teoria é que as linhas do campo magnético interestelar tornam-se mais fortes à medida que caem sobre a heliopausa. Isso poderia gerar uma instabilidade 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 deva 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 o brilho ultravioleta fraco resultante de um acúmulo de hidrogênio neutro na heliopausa.

Também é possível que ambas as explicações tenham um papel. Medições futuras feitas por ambas as sondas Voyager enquanto continuam sua jornada no espaço interestelar podem ajudar a descobrir isso. Mas essa pode ser uma aposta longa.

“Não é certo”, escreveram os pesquisadores em seu artigo, “se 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 .