BU astrofísico Merav Opher irá liderar um novo Centro de Ciência NASA DRIVE (Diversidade, Realizar, Integrar, Venture, Educar) com o objetivo de desenvolver um modelo preditivo da heliosfera. Foto de Cydney Scott

Ciências Espaciais

BU astrofísico Merav Opher conduzirá um centro financiado pela NASA numa missão de compreender a forma e o tamanho da heliosfera

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Para compreender a heliosfera, uma força cósmica que os astrofísicos acreditam que nos protege da radiação poderosa que emana do universo, imagine uma enorme bolha em torno do sol. A bolha é tão grande que se estende muito além do nosso sistema solar, e faz zoom através do espaço junto com o sol. Ninguém conhece realmente a forma da heliosfera, ou, aliás, o tamanho da mesma.

Astrofísicos sabem que dentro da heliosfera há uma tempestade constante de partículas aquecidas e carregadas que emanam do sol. Eles também sabem que fora da heliosfera, o espaço profundo está apimentado com raios cósmicos mortais. E eles acreditam que a pele da heliosfera age como um escudo, bloqueando a maioria desses raios e protegendo tudo dentro da bolha, o mais importante, a vida na Terra.

“Estamos todos tentando entender esta bolha”, diz o astrofísico Merav Opher, professor associado de astronomia da Universidade de Boston &Ciências.

Agora, graças a um investimento recente de 12 milhões de dólares da NASA em nove novos centros de pesquisa heliosférica em universidades dos Estados Unidos – uma das maiores iniciativas da agência espacial com base em centros que visam um grande desafio – os astrofísicos de todo o país, incluindo Opher, esperam escalar o que parece ser uma curva de aprendizagem muito íngreme. Na BU, sediada no Centro de Física Espacial da Universidade, Opher será o principal investigador e líder de um novo Centro de Ciência da NASA DRIVE (Diversidade, Realizar, Integrar, Venture, Educar) que recebeu 1,3 milhões de dólares. Essa equipe, formada por especialistas Opher recrutados de 11 outras universidades e institutos de pesquisa, desenvolverá um modelo de previsão da heliosfera num esforço que a equipe nomeou SHIELD (Solar wind with Hydrogen Ion exchange and Large scale Dynamics).

A equipe SHIELD da Opher está encarregada de encontrar respostas para quatro perguntas muito grandes: Qual é a estrutura geral da heliosfera? Como é que as suas partículas ionizadas evoluem e afectam os processos da heliosfera? Como é que a heliosfera interage e influencia o meio interestelar, a matéria e a radiação que existe entre as estrelas? E como é que os raios cósmicos são filtrados pela heliosfera, ou transportados através dela?

Um segundo projeto incluído no BU-led NASA DRIVE Science Center desenvolverá um programa de extensão – dirigido a estudantes do K-12 até o corpo docente – com o objetivo de treinar, recrutar e reter populações subrepresentadas na ciência do plasma espacial.

Esse esforço será dirigido por Joyce Wong, professora de engenharia biomédica da Faculdade de Engenharia da NASA e diretora do programa ARROWS (Advance, Recruit, Retain, and Organize Women in STEM) da NASA. Wong irá explorar novas maneiras de diversificar o campo de plasma espacial e fortalecer seu senso de comunidade entre grupos sub-representados e expandir os esforços de mentoria que possam melhorar a diversidade entre os candidatos a cargos docentes.

Para Opher, este aspecto do novo centro NASA DRIVE é tão importante quanto o desenvolvimento de um modelo de previsão global da heliosfera. Como uma das poucas mulheres no campo da física espacial e membro da força tarefa LGBTQIA+ da BU, Opher tem sido um poderoso defensor do aumento do número de mulheres e grupos subrepresentados na STEM.

Explorando desconhecidos fundamentais

Hoje, diz Opher, concepções tão fundamentais como a forma da heliosfera continuam a ser objecto de debate. Alguns modelos sugerem que se assemelha a um cometa com uma longa cauda. A pesquisa de Opher, em contraste, revela um modelo heliosférico mais parecido com um croissant.

A maior parte do que sabemos sobre a heliosfera, diz ela, vem de quatro projetos principais da NASA: Voyager 1, Voyager 2, a nave espacial New Horizon, e os mapas de átomo neutro energético (ENA) gerados pelas missões Interstellar Boundary Explorer e Cassini. Opher salienta que duas dessas fontes, a Voyager 1 e a Voyager 2, foram lançadas em 1977, levando a bordo tecnologia concebida nos anos 60. Nenhuma dessas sondas espaciais foi concebida para estudar a heliosfera.

Voyager 1 foi concebida para olhar para Saturno, a maior lua de Saturno, e Júpiter, enquanto que a Voyager 2 foi destinada a Urano e Neptuno – todos os destinos bem dentro dos limites da heliosfera e do nosso sistema solar. No entanto, surpreendentemente, ambas as sondas continuaram além de seus alvos, e mais importante, além da pele da heliosfera, da qual continuam a enviar dados de volta à Terra.

Outras naves espaciais, nomeadamente a IBEX e a Cassini, também contribuem com dados heliosféricos, mas Opher diz que os modelos desses dados têm falhado até agora em prever o tamanho ou espessura da heliosfera. Ela diz que os dados que descrevem os papéis desempenhados pela turbulência, reconexão, interações de partículas de onda e condução nas camadas externas do sistema solar ainda não foram integrados em modelos. Esse será o trabalho de sua equipe, que espera produzir um modelo preditivo que possa ajudar os pesquisadores a entender as observações de um IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe) programado para lançamento em 2024.

“Os modelos que temos agora não podem prever as respostas”, diz Opher. “Então vamos construir modelos melhores, e para isso trouxemos especialistas em muitas áreas”

Os especialistas que Opher reuniu incluem John Richardson, principal cientista pesquisador do Instituto Kavli do MIT para Astrofísica e Pesquisa Espacial, que será o gerente do programa da SHIELD. Colaboradores adicionais são do MIT, University of Michigan, Johns Hopkins University Applied Physics Lab, NASA Goddard, California Institute of Technology, Southwest Research Institute, University of Arizona, University of Alabama at Huntsville, Harvard University, e Princeton University.

Os US$1,3 milhões em financiamento para a primeira fase da iniciativa da NASA destinam-se a levar o Centro de Ciências DRIVE da Opher através de dois anos de pesquisa. A segunda fase, se concedida, apoiará outros cinco anos de pesquisa com cerca de US$5 milhões em financiamento por ano.

“A idéia é que a próxima fase estudará coisas como o efeito da heliosfera sobre a evolução da vida”, diz Opher. “Sabemos, por exemplo, que a quantidade de radiação afeta a cobertura das nuvens, e a cobertura das nuvens é essencial para a vida”. Se soubéssemos mais sobre a radiação em Marte, poderíamos dizer se a vida alguma vez foi possível.”

Para os astrofísicos, o desafio intelectual de desvendar os mistérios da heliosfera é irresistível, e a influência da heliosfera na vida na Terra – e possivelmente em outros planetas de outros sistemas solares – é o foco mais tentador da sua busca.

“Merav é um líder mundial no estudo da heliosfera”, diz o astrofísico Avi Loeb, presidente da cadeira de astronomia da Universidade de Harvard. “Não há ninguém no mundo que entenda melhor a física subjacente do que ela”

Opher e Loeb têm trabalhado juntos em um novo estudo do tamanho da nossa heliosfera, e os resultados serão publicados em breve na Nature Astronomy. Loeb diz que saber o tamanho da heliosfera, por exemplo, nos permitirá medir a força do vento estelar que a gera.

“Se este vento estelar é muito poderoso, ele despojaria a atmosfera dos planetas de tamanho terrestre que se encontram na zona habitável da estrela”, diz ele. “Isto é particularmente importante para estrelas de baixa massa… como a nossa vizinha mais próxima, Proxima Centauri, que hospeda um planeta na sua zona habitável. A estrela é centenas de vezes mais fraca e este planeta é 20 vezes mais próximo da estrela do que a distância da Terra. Como resultado, ela é exposta a um vento mais forte. Saber o quão forte é este vento nos permitirá descobrir se sua atmosfera foi provavelmente despojada.”

Dados recebidos da nave espacial remota existente na NASA suportam a convicção de que a pele da heliosfera protege a Terra dos raios cósmicos que zingam através do espaço profundo. A porção de raios cósmicos que atravessam o escudo, como tudo sobre a heliosfera, é uma questão de debate, mas pensa-se que seja cerca de 25%, o suficiente para persuadir os cientistas de que o escudo é essencial para a vida na Terra, e em outros lugares. Porque, como nosso próprio sistema solar, cada sistema estelar tem sua própria bolha protetora.

“Quanto mais entendemos sobre processos em nossa heliosfera”, diz Opher, “mais sabemos sobre processos em todas as astrosferas e sobre as condições necessárias para criar planetas habitáveis”.”

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