A rotação diferencial do Sol é controlada por ondas sonoras gigantes

A rotação do Sol é, numa palavra, estranha.

Seria de esperar que todas as latitudes da sua superfície rodassem a um ritmo mais ou menos idêntico, mas não é isso que acontece. Se fosse possível permanecer no equador solar, por exemplo, seriam necessários cerca de 24 dias terrestres para completar uma volta. Já num dos polos, demoraria aproximadamente 34 dias a voltar à orientação inicial.

Este fenómeno chama-se rotação diferencial e intriga os cientistas há muito tempo.

A perplexidade aumentou à medida que se foi explorando cada vez mais o interior solar. As observações heliossísmicas mostram que o fenómeno não se limita à atmosfera superior: prolonga-se por cerca de 200 000 quilómetros, abrangendo toda a zona de convecção do Sol.

Ondas sonoras e a rotação diferencial do Sol

Agora, uma equipa liderada pelo físico solar Yuto Bekki, do Instituto Max Planck para a Investigação do Sistema Solar (MPS), identificou uma pista. A rotação diferencial parece ser contida por oscilações de longo período de ondas sonoras na zona de convecção, detetáveis à superfície como movimentos em redemoinho em torno dos polos.

O Sol está constantemente a «cantarolar». A camada superficial visível, denominada fotosfera, vibra com milhões de modos de oscilação acústica, que sobem e descem em ciclos de cerca de cinco minutos.

Estes modos são conhecidos há algum tempo, mas há apenas alguns anos uma equipa de investigadores dirigida por Laurent Gizon, diretor do MPS, descobriu um novo tipo de oscilação acústica. Com vários anos de dados de observações solares, identificaram um modo de oscilação global com um período muito mais longo: 27 dias.

Havia ainda outro aspeto. Estas ondas sonoras gigantes, que se propagam pelo Sol, pareciam estar de alguma forma ligadas à rotação diferencial solar.

Quando a descoberta inicial foi publicada, em 2021, os investigadores consideraram que os modos de oscilação de longo período dependiam da rotação diferencial. Contudo, uma análise mais aprofundada de Bekki e dos seus colegas revelou uma relação de sentido duplo: as ondas sonoras gigantes também limitam a rotação diferencial.

Como as oscilações polares regulam o Sol

Para estudar a ligação entre ambos os fenómenos, Bekki e a sua equipa realizaram simulações numéricas tridimensionais que exploraram os efeitos das oscilações. Os investigadores concluíram que os modos em latitudes elevadas - os que circundam os polos - influenciam profundamente o comportamento do Sol, ao transportarem calor dos polos para a região equatorial.

Como os polos são mais quentes do que o equador, esta transferência de calor restringe a diferença de temperatura entre as duas regiões latitudinais. Assim, o contraste térmico entre os polos e o equador não pode ultrapassar 7 kelvin, ou 7 graus Celsius.

Embora esta diferença seja minúscula quando se fala de uma esfera de plasma quente que se agita a milhares de graus, é este intervalo de temperatura que, em última análise, controla a rotação diferencial.

«Esta diferença de temperatura muito pequena entre os polos e o equador controla o equilíbrio do momento angular no Sol e constitui, por isso, um importante mecanismo de retroação para a dinâmica global do Sol», explica Gizon.

Apesar de os processos serem diferentes em alguns aspetos, há semelhanças com a forma como as instabilidades atmosféricas podem gerar enormes tempestades ciclónicas na Terra. Ainda permanece um mistério considerável por resolver, mas a ligação entre estes processos poderá ajudar a esclarecê-lo. Os modos de oscilação em latitudes elevadas desempenham um papel relevante na orientação da rotação diferencial do Sol. É possível que a mesma dinâmica também ocorra noutras estrelas.

O Sol é uma enorme e peculiar bola de fogo no céu, cheia de mistérios e enigmas. Pouco a pouco, estamos mais perto de os desvendar.

A investigação foi publicada na revista Science Advances.