Explore o meio interestelar aqui, com nosso guia definitivo

Apenas 1% do espaço interestelar é poeira cósmica. Crédito da imagem: DrPixel via Getty Images

O espaço interestelar é a área entre as estrelas, mas está longe de estar vazio. Ele contém grandes quantidades de neutrinos, partículas carregadas, átomos, moléculas, matéria escura e fótons, variando da radiação de mais alta energia à luz lenta da radiação cósmica de fundo (CMB), embora esparsamente espalhada.

Segundo o Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO), a distância média entre as estrelas na Via Láctea é de cerca de 5 anos-luz, embora elas estejam mais agrupadas perto do centro da galáxia do que nos arredores, onde o Sol e a Terra estão localizado. 

Isso significa que há muito espaço entre as estrelas. Chamamos coletivamente tudo o que está neste espaço de "meio interestelar", ou MI para abreviar.

A composição do MI é caracterizado pelos cientistas do Centro de Análise e Processamento de Infravermelhos (IPAC) no Caltech: O MI é composto principalmente por átomos de hidrogênio (~90%) e hélio (~8%), que são os dois átomos mais comuns no universo tendo sido criados no Big Bang, mas também existem outros oligoelementos e moléculas que não contribuam com mais de 2% do MI. Esses elementos, mais pesados ??que o hidrogênio e o hélio, todos se originaram na morte das estrelas e foram lançados no espaço. Quanto mais gerações de estrelas houver, mais enriquecido em elementos químicos o MI se torna ao longo do tempo.

A QUE DISTÂNCIA ESTÁ O ESPAÇO INTERESTELAR?

A fronteira para o espaço interestelar está longe, mas talvez não tanto quanto você possa imaginar. Na verdade, parte do nosso sistema solar está no espaço interestelar. 

Como isso pode ser? A definição desse limite do espaço interestelar é a região onde a bolha magnética do sol enfraquece e chega ao fim. Essa bolha magnética, conhecida como heliosfera, é preenchida com plasma (gás ionizado). A heliosfera é soprada pelo vento solar que arrasta as linhas do campo magnético do sol.

O plasma no MI transmite uma pressão interna na borda da heliosfera com seus próprios campos magnéticos e partículas carregadas, levando a uma estrutura complexa e variável na fronteira. O vento solar começa a enfraquecer entre 600–700 quilômetros por hora (370–430 milhas por hora) quando começa a se aproximar do espaço interestelar diminui para cerca de 62 mph (100 km/h). O ponto em que isso ocorre é chamado de Choque de Terminação. A região na heliosfera além do Choque de Terminação, onde o vento solar continua a desacelerar, é chamada de heliosfera, e então o limite externo da heliosfera é chamado de heliopausa. É na heliopausa que o vento solar para e dá lugar ao espaço interestelar, a aproximadamente 18 bilhões de quilômetros (11 bilhões de milhas) do sol. 

NÓS VIAJAMOS PARA O ESPAÇO INTERESTELAR?

A Voyager 1, lançada em setembro de 1977, está atualmente explorando os limites mais distantes do sistema solar. Crédito da imagem: NASA

Apenas duas espaçonaves ativas cruzaram a heliopausa e entraram no espaço interestelar. Estas são as missões Voyager 1 e 2 da NASA. Lançadas em 1977, elas visitaram os planetas externos antes de continuarem mais fundo no espaço. Em 2005, Ed Stone do JPL, que era o cientista do projeto da Voyager antes de sua aposentadoria em 2022, anunciou que a Voyager 1 cruzou o choque de terminação a uma distância de 94 unidades astronômicas (14 bilhões de km/8,7 bilhões de milhas/) do sol.

NASA anunciou que a Voyager 2 seguiu o exemplo em agosto de 2007 a uma distância de cerca de 83 unidades astronômicas (12,4 bilhões de km/7,7 bilhões de milhas). A Voyager 1 e a Voyager 2 estão indo em direções diferentes, e o fato de terem cruzado o choque de terminação na heliosfera a diferentes distâncias do sol sugere que a heliosfera não é simétrica ao redor do sistema solar, mas é achatada. Esta forma é criada pelo equilíbrio da força do vento solar para fora e a pressão do MI na heliosfera, particularmente na direção do movimento do sol através do espaço.

Então, a NASA anunciou que em 25 de agosto de 2012 A Voyager 1 cruzou a heliopausa e se tornou a primeira espaçonave a deixar a influência do sol e entrar no espaço interestelar. Ela o fez a uma distância de 121 unidades astronômicas (18 bilhões de km/11 bilhões de milhas) do Sol, que está no 'Disco Espalhado' de cometas perto da borda do nosso sistema solar. A NASA também revelou que a Voyager 2 cruzou a heliopausa e entrou no espaço interestelar em 5 de novembro de 2018, a uma distância de 121 unidades astronômicas (18,3 bilhões de km/11,3 bilhões de milhas). 

Mas como você sabe quando está no espaço interestelar? A evidência de que ambas as espaçonaves cruzaram a fronteira veio na forma de mudanças no ambiente de plasma ao seu redor, em particular medindo uma queda no número de partículas do vento solar e um aumento no número de raios cósmicos galácticos de fora da heliosfera.

DO QUE É FEITO O ESPAÇO INTERESTELAR?

A forma achatada da heliosfera mostra o choque de terminação, a heliobainha e a heliopausa, bem como as localizações relativas das Voyager 1 e 2. Crédito da imagem: NASA/JPL–Caltech

Existe estrutura para o MI, mesmo ao redor do sistema solar. 

O Sistema Solar está atualmente passando pelo que os astrônomos chamam de Nuvem Interestelar Local, que é uma nuvem rala de gás de hidrogênio neutro com cerca de 30 a 40 anos-luz de diâmetro, descrita em mais detalhes por Jonathan Slavin, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Há outras nuvens próximas também, e nós e todas essas nuvens existem na "Bolha Local", que tem centenas de anos-luz de diâmetro e é soprada relativamente livre de gás e poeira por antigas explosões de supernovas de 14 milhões de anos atrás, de acordo com a pesquisa liderada por Catherine Zucker, de Harvard. As medições da Voyager 2 do campo magnético na Nuvem Interestelar Local mostram que ela é mais forte do que o esperado, mas ainda incrivelmente fraca, milhões de vezes mais fraca que um ímã de geladeira — e que experimenta alguma turbulência, resultando na inclinação da orientação do campo magnético em 30 graus ao plano da galáxia.

O campo magnético dessas nuvens interestelares faz parte do campo magnético galáctico geral; toda galáxia tem seu próprio campo magnético intrínseco, cujas origens não são bem compreendidas.

É tentador pensar na Nuvem Interestelar Local como sendo uma névoa, mas ela é muito difusa. De acordo com a professora Barbara Ryden, da Ohio State University, a densidade do MI pode chegar a 0,1 átomo por centímetro cúbico (embora nas nebulosas maiores, a densidade possa chegar a 10.000 átomos por centímetro cúbico). Compare isso com a densidade do ar na Terra, que é de 27 milhões de trilhões (10¹⁹) de moléculas por centímetro cúbico. 

Quase todo o meio no espaço interestelar, cerca de 99%, é composto de gás, com apenas 1% na forma de poeira e partículas de gelo. Mesmo que o componente de poeira seja menor, ele pode ter um efeito dramático que os astrônomos chamam de "vermelhidão" ou, no caso mais grave, "extinção de poeira". 

A poeira absorve parcialmente os comprimentos de onda visíveis da luz. Então, quando a luz de um objeto distante tem que passar pelos braços espirais empoeirados de nossa galáxia, ou através da poeira no espaço interestelar, ela se torna mais escura e vermelha, como descrito por astrônomos da Universidade de Tecnologia de Swinburne. Se houver poeira suficiente, ela pode bloquear completamente a luz visível de um objeto. 

Embora a poeira seja problemática para observações de luz visível, a luz infravermelha pode passar direto por ela, e é por isso que os astrônomos usam equipamentos como o Telescópio Espacial James Webb (JWST) para observar dentro de nebulosas ou ver galáxias distantes.

QUAL É A TEMPERATURA DO ESPAÇO INTERESTELAR?

As temperaturas no MI podem variar, dependendo do ambiente local. 

Há gás quente presente em todos os lugares com temperaturas de milhões de graus, mas como esse gás é tão escasso, não pareceria tão quente se você estivesse dentro dele. O hidrogênio ionizado pela luz ultravioleta de estrelas quentes próximas irradia a temperaturas de dezenas de milhares de graus. No outro extremo da escala, aglomerados de gás de hidrogênio molecular mal conseguem ultrapassar 10 graus acima do zero absoluto.

INVESTIGANDO O ESPAÇO INTERESTELAR

Impressão artística da espaçonave Interstellar Boundary Explorer (IBEX) da NASA estudando a borda do nosso sistema solar. Crédito da imagem: NASA/GSFC

Há mais de uma maneira de estudar o espaço interestelar, mas as observações baseadas na Terra são difíceis de alcançar.

O campo magnético da heliosfera ajuda a proteger nosso sistema solar da radiação interestelar que chega até nós na forma de partículas carregadas chamadas "raios cósmicos galácticos". No entanto, como a força do vento solar e, portanto, a forma e a força da heliosfera aumentam e diminuem com o ciclo de atividade de 11 anos do sol, às vezes essa radiação cósmica galáctica pode se infiltrar no sistema solar. 

Felizmente, a Terra é defendida por seu próprio campo magnético e atmosfera, que desviam e bloqueiam a grande maioria dessa radiação interestelar recebida. No entanto, esta defesa planetária eficaz torna inviável a observação da radiação cósmica galáctica de forma consistente a partir da Terra.

Além de enviar espaçonaves como as Voyagers para o espaço interestelar, os cientistas podem observar o que está acontecendo na heliopausa usando espaçonaves um pouco mais perto de casa. Isso é exatamente o que a missão Interstellar Boundary Explorer (IBEX) da NASA faz.

O IBEX detecta os chamados "átomos neutros energéticos" (ENAs), que o site do IBEX no Southwest Research Institute descreve como se formando onde as partículas carregadas no vento solar encontram átomos neutros ou estáveis do espaço interestelar perto da heliopausa. Os ENAs suficientes voltam para o sistema solar interno que o IBEX é capaz de detectar até várias dezenas por hora, permitindo aos astrônomos estudar a interação entre a heliosfera e o espaço interestelar com base em onde o fluxo de ENAs é mais forte e mais fraco, o que corresponde à atividade na heliopausa. 

Uma grande descoberta foi a de uma misteriosa faixa de partículas que atravessa o céu, na qual as emissões de ENA são de duas a três vezes maiores do que em outros lugares. O cientista do IBEX David McComas, da Universidade de Princeton, descreveu a faixa em uma declaração da NASA como sendo "totalmente inesperado e não antecipado por nenhuma teoria antes de voarmos na missão." A faix permanece inexplicável.

VIAGEM INTERESTELAR

Apesar das vastas distâncias entre as estrelas, as futuras espaçonaves interestelares poderiam usar o MI para abastecer suas viagens colossais.

Viajar rápido o suficiente para alcançar as estrelas mais próximas em algumas décadas exigiria uma grande quantidade de combustível. Uma forma de possivelmente gerar energia suficiente é através da fusão nuclear. No entanto, a quantidade de combustível necessário para a fusão aumentaria muito a massa de lançamento de uma espaçonave interestelar, o que significa que precisaria de ainda mais combustível para atingir uma velocidade de 12% da velocidade da luz, conforme proposto pelo Projeto da Sociedade Interplanetária Britânica estudo Daedalus. 

Existe uma maneira de uma espaçonave coletar seu combustível durante sua jornada. O hidrogênio ionizado que preenche o MI é um combustível perfeito para a fusão termonuclear. Uma espaçonave poderia, em princípio, gerar um imenso campo magnético em forma de cone que se estenderia à frente da espaçonave, recolhendo o hidrogênio ionizado, comprimindo-o e canalizando-o pela boca do cone magnético para o reator de fusão da espaçonave. Tal motor é chamado de ramjet interestelar, e é um conceito que foi inventado pelo físico de fusão Robert Bussard em 1960 e que é descrito com mais detalhes pelo Institute for Interstellar Studies.

Não é tão simples quanto parece, no entanto. O cone magnético precisa ser enorme: Em uma região de maior densidade do MI, ele precisa de uma área de 10.000 quilômetros quadrados (3.860 milhas quadradas) emergindo de uma abertura de 100 km de largura (62 milhas), enquanto em uma região de menor densidade, precisaria de um cone magnético de 10 milhões de quilômetros quadrados (3,8 milhões de milhas quadradas) de área projetando-se de uma abertura de 300 km de diâmetro (186 milhas). A espaçonave também teria que viajar rápido o suficiente em primeiro lugar para ser capaz de recolher rapidamente o suficiente do hidrogênio difuso para gerar uma taxa suficiente de reações de fusão; no entanto, os cálculos mostram que, se uma espaçonave pudesse acelerar primeiro a 2% da velocidade da luz, ela começaria a reunir hidrogênio suficiente para atingir 50% de seu impulso potencial e, a partir desse ponto, o ramjet poderia assumir o controle.

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RECURSOS ADICIONAIS

Os alunos podem aprender mais com este guia para o Meio Interestelar da Agência Espacial Europeia. Acompanhe o progresso das Voyagers nos últimos anos de suas missões enquanto continuam a explorar o espaço interestelar com a NASA. Leia mais sobre uma possível 'Sonda Interestelar' que sucederia as Voyagers e exploraria o meio interestelar além da heliopausa em uma missão de 50 anos.

BIBLIOGRAFIA

The Road to the Stars por Iain Nicolson (William Morrow and Co., 1978)

Projeto Daedalus: O Relatório Final sobre o Estudo da Nave Estelar do BIS (Journal of the British Interplanetary Society, 1978)

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Referência:

COOPER, Keith. Interstellar space: What is it and where does it begin? Space, Nova York, 16, jan. 2023. References. Disponível em: <https://www.space.com/interstellar-space-definition-explanation>. Acesso em: 20, jan. 2023.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.