Astronomia: risolto il mistero della composizione chimica dell’atmosfera del Sole

La responsabilità è delle onde magnetiche: è stato dunque risolto il giallo della variazione chimica tra la fotosfera solare e la sua corona, grazie ad una combinazione unica di osservazioni multi-quota acquisite simultaneamente da Terra e dallo Spazio.
Per la prima volta è stato possibile non solo osservare onde magnetiche nella cromosfera del Sole, ma anche identificare un legame tra queste onde e le regioni coronali dove viene esaminata l’anomalia chimica: questo risultato è stato ottenuto grazie all’utilizzo combinato di dati simultanei acquisiti dallo spettropolarimetro italiano ad alta risoluzione BIS realizzato dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e installato fino al 2019 al telescopio DST (New Mexico, USA), dallo spettrometro UV EIS a bordo della missione JAXA Hinode, e dai dati acquisiti dal Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA. Ad effettuare questa scoperta – spiegano Asi e Inaf in una nota congiunta – è stato un gruppo internazionale guidati da ricercatori dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e del Mullard Space Physics Lab dello University College London (UCL/MSSL). Sono coinvolti anche 7 tra istituti di ricerca e università, tra cui l’INAF, oltre al working group internazionale sulle onde nell’atmosfera solare (WaLSA).
I risultati sono stati pubblicati sull’edizione speciale sulle onde magneto-idrodinamiche nel Sole del Philosophical Transaction della Royal Society A e l’Astrophysical Journal.

La corona solare, che è lo stato più esterno dell’atmosfera del Sole, è fisicamente legata agli strati più bassi, fotosfera inclusa, da dove il gas magnetizzato che compone la corona, si origina. Di conseguenza, ci si aspetterebbe che la composizione chimica della corona fosse simile a quella della fotosfera ma, sorprendentemente, non è così. Ciò era stato osservato circa 50 anni fa e, più recentemente, anche in altre stelle simili al Sole. Il motivo per il quale la composizione chimica della fotosfera e della corona presentano differenze è una delle questioni aperte dell’astrofisica moderna. Negli ultimi anni, alcuni modelli teorici avevano suggerito la possibilità che onde magnetiche in cromosfera potessero separare gli elementi chimici, determinando la variazione di composizione chimica osservata nell’atmosfera solare. Ma nessuna conferma sperimentale di questo meccanismo era disponibile finora. È interessante notare come questa anomalia di composizione chimica sia stata osservata anche nel vento solare. Essa rappresenta pertanto una segnatura utile a tracciare il flusso di massa e di energia dalla superficie del Sole all’eliosfera. Capire i meccanismi alla base di questa anomalia è quindi di fondamentale importanza per identificare le sorgenti atmosferiche del vento solare.

“La maggior parte dei processi fisici che avvengono nell’atmosfera del Sole – spiega Marco Stangalini ricercatore dell’Agenzia Spaziale Italiana e primo autore dello studio – coinvolgono simultaneamente diverse quote della stessa. Dalla fotosfera, dove queste onde vengono eccitate, fino alla corona dove rilasciano energia. Questi risultati confermano l’utilità di un utilizzo combinato di dati simultanei acquisiti da strumenti diversi a diverse quote. Ciò consente di operare una mappatura 3D dell’atmosfera stessa e di comprendere meglio i processi fisici che in essa avvengono“. “ll trasferimento di energia e materia che determina la struttura e la dinamica dell’atmosfera solare stabilisce anche le condizioni fisiche nell’eliosfera e le interazioni Sole-pianeti” aggiunge Ilaria Ermolli, ricercatrice dell’Istituto Nazionale di Astrofisica a Roma e coautrice dello studio. “Molti aspetti fondamentali dei processi coinvolti sono ancora sconosciuti. Il Sole è l’unica stella che permetterà di osservare tali processi alle scale caratteristiche con i telescopi solari di futura generazione operanti a terra e nello spazio, producendo dati di vasta rilevanza astrofisica“.
Questi risultati rivestono particolare rilievo in vista dei prossimi dati che arriveranno grazie alla sonda europea Solar Orbiter lanciata lo scorso febbraio che, con una suite di strumenti di remote sensing e in-situ, fornirà una migliore comprensione dei meccanismi con i quali il Sole crea e controlla l’eliosfera.