Uma ilustração que mostra uma das duas espaçonaves Voyager da NASA. Ambas as Voyagers entraram no espaço interestelar ou fora da heliosfera do nosso sol. Crédito da foto: NASA / JPL-Caltech
Enquanto a Voyager 1 da NASA examina o espaço interestelar, suas medições de densidade fazem ondas
No esparso aglomerado de átomos que preenche o espaço interestelar, a Voyager 1 mediu uma série de ondas de longa duração que até agora foram apenas surtos esporádicos.
Até recentemente, todas as espaçonaves da história haviam feito todas as suas medições em nossa heliosfera, a bolha magnética inflada por nosso sol. Mas em 25 de agosto de 2012, NASAA Voyager 1 da empresa mudou isso. Quando cruzou o limite da heliosfera, foi o primeiro objeto de fabricação humana a entrar – e medir – o espaço interestelar. Agora, oito anos após sua viagem interestelar, uma escuta próxima dos dados da Voyager 1 fornece novos insights sobre os limites desta fronteira.
Se nossa heliosfera é um navio navegando em águas interestelares, a Voyager 1 é um bote salva-vidas que acaba de cair do convés e está determinado a monitorar as correntes. No momento, qualquer água agitada que pareça está em grande parte fora da trilha de nossa heliosfera. Mais adiante, porém, sentirá o movimento de fontes mais profundas no cosmos. Eventualmente, a presença de nossa heliosfera desaparecerá completamente de suas medições.
Este gráfico de outubro de 20218 mostra a posição das sondas Voyager 1 e Voyager 2 em relação à heliosfera, uma bolha protetora criada pelo sol que se estende bem além da órbita de Plutão. A Voyager 1 cruzou a heliopausa, ou a borda da heliosfera, em 2012. A Voyager 2 ainda está em Heliosheath, ou na parte mais distante da heliosfera. (NASAs A nave Voyager 2 entrou no espaço interestelar em novembro de 2018.) Créditos: NASA / JPL-Caltech
“Temos algumas idéias sobre quanto tempo levará a Voyager para ver, por assim dizer, águas interestelares mais limpas”, disse Stella Ocker, Ph.D. Aluno da Cornell University em Ithaca, Nova York, e o mais novo membro da equipe Voyager. “Mas não temos certeza de quando chegaremos a este ponto.”
Novo estudo da Ockers publicado na segunda-feira em Astronomia naturalrelata o que é possivelmente a primeira medição contínua da densidade do material no espaço interestelar. “Esta detecção nos dá uma nova maneira de medir a densidade do espaço interestelar e abre uma nova maneira para estudarmos a estrutura do meio interestelar muito próximo”, disse Ocker.
A espaçonave Voyager 1 da NASA capturou esses sons do espaço interestelar. Voyager 1 plasma O instrumento de onda registrou as vibrações de plasma interestelar denso ou gás ionizado de outubro a novembro de 2012 e de abril a maio de 2013. Crédito da foto: NASA /JPL-Caltech
Se você imaginar as coisas entre as estrelas – os astrônomos chamam de “meio interestelar”, uma sopa expandida de partículas e radiação – você pode imaginar um ambiente calmo, silencioso e calmo novamente. Isso seria um erro.
“Usei o termo ‘o meio interestelar em repouso’ – mas há muitos lugares que não são particularmente calmos”, disse Jim Cordes, físico espacial de Cornell e co-autor do artigo.
O meio interestelar, como o oceano, está cheio de ondas turbulentas. As maiores vêm da rotação de nossa galáxia à medida que o espaço se espalha, criando ondas com dezenas de anos de diâmetro. Ondas menores (embora ainda gigantescas) surgem de explosões de supernovas e se estendem por bilhões de quilômetros de cume a cume. As menores ondas geralmente vêm de nosso próprio sol, pois as explosões solares enviam ondas de choque através do espaço que penetram no revestimento de nossa heliosfera.
Essas ondas quebrando fornecem pistas sobre a densidade do meio interestelar – um valor que influencia nossa compreensão da forma de nossa heliosfera, a formação de estrelas e até mesmo nossa própria localização na galáxia. À medida que essas ondas reverberam através do espaço, elas vibram os elétrons ao seu redor, que tocam em frequências características dependendo de quão aglomerados estão. Quanto mais alto for o tom desse zumbido, maior será a densidade do elétron. O subsistema de ondas de plasma da Voyager 1, que contém duas antenas de orelha de coelho projetando-se 10 metros atrás da nave espacial, foi projetado para ouvir esse toque.
Uma ilustração da espaçonave Voyager da NASA mostrando as antenas usadas pelo subsistema de ondas de plasma e outros instrumentos. Crédito da foto: NASA / JPL-Caltech
Em novembro de 2012, três meses após deixar a heliosfera, a Voyager 1 ouviu sons interestelares pela primeira vez (veja o vídeo acima). Seis meses depois, houve outro “apito” – desta vez cada vez mais alto. O meio interestelar parecia estar ficando mais espesso e rápido.
Esses apitos atuais continuam hoje em intervalos irregulares nos dados da Voyager. Eles são uma ótima maneira de estudar a densidade do meio interestelar, mas requerem um pouco de paciência.
“Eles só eram vistos uma vez por ano, então, se dependêssemos desses tipos de eventos aleatórios, nosso mapa da densidade do espaço interestelar era um pouco esparso”, disse Ochre.
Ochre se propôs a encontrar uma medida contínua da densidade média interestelar para preencher as lacunas – uma medida que não dependesse das ondas de choque ocasionais que se propagavam do sol. Depois de examinar os dados da Voyager 1 e procurar sinais fracos, mas consistentes, ela encontrou um candidato promissor. Tudo começou em meados de 2017, exatamente na hora de mais um apito.
“É praticamente um único tom”, disse Ochre. “E com o tempo, ouvimos a mudança – mas a maneira como a frequência se move nos mostra como a densidade muda.”
Eventos de oscilação de plasma fracos, mas quase contínuos – visíveis como uma linha vermelha fina neste gráfico / tk – conectam eventos mais fortes nos dados do subsistema de ondas de plasma da Voyager 1. A imagem alterna entre diagramas mostrando apenas os sinais fortes (fundo azul), e os dados filtrados mostrando sinais mais fracos. Crédito da foto: NASA / JPL-Caltech / Stella Ocker
Ochre chama o novo sinal de emissão de onda de plasma e também parecia rastrear a densidade do espaço interestelar. Quando os assobios abruptos apareceram nos dados, o tom da emissão sobe e desce com eles. O sinal também se assemelha a um sinal observado na alta atmosfera da Terra, que é conhecido por coincidir com a densidade de elétrons lá.
“Isso é realmente empolgante porque somos capazes de escanear regularmente a densidade de uma seção muito longa do espaço, a seção mais longa do espaço que já temos”, disse Ocker. “Isso nos dá o mapa mais completo de densidade e meio interestelar visto pela Voyager.”
Com base no sinal, a densidade de elétrons em torno da Voyager 1 aumentou em 2013 e atingiu seu nível atual em meados de 2015, o que corresponde a um aumento de densidade de aproximadamente 40 vezes. A espaçonave parece estar em uma faixa de densidade semelhante, com algumas flutuações em todo o conjunto de dados que analisaram, que terminou no início de 2020.
Ocker e seus colegas estão atualmente tentando desenvolver um modelo físico para a geração da emissão das ondas de plasma, que é de crucial importância para sua interpretação. Nesse ínterim, o subsistema Plasma Wave da Voyager 1 continua a enviar dados de casa, com cada nova descoberta tendo o potencial de redefinir nossa casa no cosmos.
Para obter mais informações sobre esta pesquisa, consulte No Vazio do Espaço, a 14 bilhões de milhas de distância, a Voyager I detecta “zumbido” baseado em ondas de plasma.
Referência: “Ondas de plasma persistentes detectadas pela Voyager 1 no espaço interestelar” por Stella Koch Ocker, James M. Cordes, Shami Chatterjee, Donald A. Gurnett, William S. Kurth e Steven R. Spangler, 10 de maio de 2021, Astronomia natural.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01363-7
A espaçonave Voyager foi construída pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, que continua operando. JPL é uma divisão da Caltech em Pasadena. As missões Voyager fazem parte do Observatório do Sistema de Heliofísica da NASA, que é patrocinado pela Divisão de Heliofísica do Diretório de Missões Científicas em Washington.