Cientistas do Centro Alemão de Geociências GFZ, na Alemanha, liderados pela física espacial Hayley Allison, publicaram recentemente na revista científica Science Advances, como pode haver elétrons aceleradíssimos no campo magnético terrestre. Nos últimos anos, entre 2012 e 2019, as sondas que estudam a radiação capturada pelo campo magnético da Terra descobriram como estes elétrons, também conhecidos como relativísticos, que são impulsionados por aceleradores de partículas cósmicas, parecem estar perto da velocidade da luz, sendo assim chamados elétrons ultrarrelativísticos.
E tudo isso tem a ver com cinturões de radiação invisíveis cheios de partículas como se estivessem enrolados em torno da Terra, ou cinturões de radiação de Van Allen. De acordo com o site Science Alert, os pesquisadores verificaram que somente se o plasma tiver sido significativamente esgotado em um cinturão de radiação antes de uma tempestade solar, é que os elétrons podem atingir essas velocidades ultrarrelativísticas. O fenômeno foi observado apenas durante alguns tipos de tempestades solares.
Esses cinturões, que estão localizados quase que imediatamente ao redor da Terra, são regiões nas quais o campo magnético do planeta captura partículas carregadas de vento solar. O cinturão mais interno se estende de 640 a 9,6 mil quilômetros de altitude, e o cinturão mais externo – de cerca de 13,5 mil a 58 mil quilômetros.
Para os terráqueos, a existência dos cinturões não é notada no dia a dia. Entretanto, sem eles o vento solar nos atingiria livremente com estas partículas carregadas de energia. E tal descoberta também pode ser útil para a instalação de satélites, que são normalmente posicionados a cerca de dois mil quilômetros da superfície terrestre, e evitar danos. Quando acelerados a velocidades tão altas, esses elétrons são perigosos. Devido às suas altas energias, nem mesmo a melhor blindagem pode segurá-los, e sua carga pode, por exemplo, destruir componentes eletrônicos sensíveis caso penetrem uma espaçonave.
Os cientistas examinaram o plasma e como as flutuações causadas nos campos eletromagnéticos aceleravam os elétrons durante as tempestades solares, e o porquê de nem toda tempestade gerar esses elétrons velozes. Eles identificaram que devia haver algum tipo de processo de aceleração em duas etapas acontecendo. Assim, a equipe comparou as observações de plasma feitas pelas sondas com e sem elétrons ultrarrelativísticos, na tentativa de descobrir o que acontece durante as tempestades solares.
A densidade do plasma foi inferida a partir das flutuações nos campos elétricos e magnéticos. E os pesquisadores descobriram que os elétrons ultrarrelativísticos se correlacionavam tanto com o esgotamento extremo da densidade do plasma quanto com a presença de "ondas de coro".
É um resultado que mostra que um processo de aceleração de dois estágios, como se pensava anteriormente, não é necessário para elétrons ultrarrelativísticos. Embora a equipe tenha se concentrado nas velocidades mais extremas dos elétrons, também observaram que quanto menor fosse a densidade do plasma, as "ondas do coro" aceleravam os elétrons para velocidades relativísticas em escalas de tempo mais curtas.
"Este estudo mostra que os elétrons no cinturão de radiação da Terra podem ser prontamente acelerados localmente para energias ultrarrelativísticas, se as condições do plasma ambiente – ondas de plasma e temporariamente baixa densidade de plasma – estiverem certas", explicou o físico Yuri Shprits, do Centro Alemão de Geociências e da Universidade de Potsdam na Alemanha, em entrevista ao site Science Alert.
"As partículas podem ser vistas como surfando nas ondas de plasma. Em regiões de densidade plasmática extremamente baixa, elas podem simplesmente tirar muita energia das ondas de plasma. Mecanismos semelhantes podem estar em funcionamento nas magnetosferas de planetas externos, como Júpiter ou Saturno em outros objetos astrofísicos", concluiu.
