La sonda solare Parker della NASA ha fornito la prima prova diretta di un fenomeno precedentemente teorizzato noto come “barriera di elicità” nel vento solare. Questa scoperta, pubblicata su Physical Review X da ricercatori della Queen Mary University di Londra, rappresenta un significativo passo avanti nella comprensione di due misteri di lunga data che riguardano la nostra stella: come l’atmosfera del Sole si riscaldi a milioni di gradi e come venga generato il vento solare supersonico.
Sonda Parker, il nuovo studio
L’atmosfera solare, o corona, è paradossalmente molto più calda della superficie del Sole, un enigma che ha afflitto gli scienziati per decenni. Inoltre, il costante flusso di plasma e campi magnetici dal Sole, noto come vento solare, viene accelerato a velocità incredibili. Si ritiene che la dissipazione turbolenta, il processo attraverso il quale l’energia meccanica viene convertita in calore, svolga un ruolo cruciale in entrambi questi fenomeni. Tuttavia, nell’ambiente vicino al Sole, dove il plasma è in gran parte senza collisioni, i meccanismi esatti di questa dissipazione sono rimasti elusivi.
Questo nuovo studio sfrutta i dati della sonda solare Parker della NASA, che è diventata il veicolo spaziale più vicino al Sole, volando direttamente attraverso l’atmosfera solare. Questa prossimità senza precedenti ha permesso ai ricercatori di esplorare direttamente questo ambiente estremo per la prima volta, fornendo dati critici per svelare questi misteri.
Il paper presenta prove convincenti secondo cui la “barriera di elicità” è attiva e altera profondamente la natura della dissipazione turbolenta. Questo effetto, precedentemente teorizzato, crea una barriera alla cascata turbolenta di energia su piccola scala, modificando fondamentalmente il modo in cui le fluttuazioni si dissipano e, di conseguenza, come il plasma viene riscaldato.
“Risultato entusiasmante”
Jack McIntyre, studente di dottorato e autore principale dello studio presso la Queen Mary University di Londra, ha commentato: “Questo risultato è entusiasmante perché, confermando la presenza della ‘barriera di elicità’, possiamo spiegare proprietà del vento solare che in precedenza erano inspiegabili, incluso il fatto che i suoi protoni sono tipicamente più caldi dei suoi elettroni. Migliorando la nostra comprensione della dissipazione turbolenta, potrebbe anche avere importanti implicazioni per altri sistemi in astrofisica“.
Il team di ricerca ha anche identificato le condizioni specifiche in cui si verifica questa barriera. Hanno scoperto che la barriera di elicità si sviluppa completamente quando la forza del campo magnetico diventa grande rispetto alla pressione nel plasma e diventa sempre più prominente quando lo squilibrio tra le onde di plasma che si propagano in modo opposto che costituiscono la turbolenza è maggiore. Fondamentalmente, queste condizioni sono frequentemente soddisfatte nel vento solare vicino al Sole, dove la sonda solare Parker sta ora esplorando, il che significa che questo effetto dovrebbe essere molto diffuso.
Il Dr. Christopher Chen, Reader in Space Plasma Physics presso la Queen Mary University di Londra e supervisore di McIntyre, ha aggiunto: “Questo studio è importante in quanto fornisce chiare prove della presenza della barriera di elicità, che risponde ad alcune domande di lunga data sul riscaldamento coronale e l’accelerazione del vento solare, come le firme di temperatura osservate nell’atmosfera solare e la variabilità dei diversi flussi di vento solare“. “Ciò ci consente di comprendere meglio la fisica fondamentale della dissipazione turbolenta, la connessione tra la fisica su piccola scala e le proprietà globali dell’eliosfera, e fare previsioni migliori per il meteo spaziale“.
Sonda Parker, le implicazioni della scoperta
Le implicazioni di questa scoperta si estendono oltre la nostra stessa stella, poiché molti plasma astrofisici caldi e diffusi nell’universo sono anch’essi senza collisioni. Comprendere come l’energia si dissipa in calore in questi ambienti ha ampie conseguenze per l’astrofisica. L’osservazione diretta della barriera di elicità nel vento solare fornisce un laboratorio naturale unico per studiare questi complessi processi.