Un ricercatore dell’Università dell’Alabama a Huntsville (UAH), parte del sistema universitario dell’Alabama, ha pubblicato un nuovo studio su The Astrophysical Journal che suggerisce come minuscoli granelli di polvere caricati elettricamente in prossimità del Sole possano influenzare significativamente il modo in cui l’energia si propaga attraverso la corona solare, l’atmosfera esterna del Sole. Questa scoperta potrebbe rivoluzionare la comprensione scientifica del perché la corona sia milioni di gradi più calda della superficie solare stessa.
Condotto utilizzando i dati della sonda Parker Solar Probe (PSP) della NASA, lo studio dimostra che la polvere, a lungo considerata irrilevante così vicino al Sole, può alterare il comportamento delle onde di plasma fondamentali che trasportano energia nello spazio. Modificando il modo in cui queste onde si propagano e dissipano energia, la polvere potrebbe contribuire a determinare dove e come si verifica il riscaldamento solare nella corona e nel giovane vento solare. L’autore principale dello studio, Syed Ayaz, è assistente di ricerca laureato presso il Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR) dell’UAH.
“Una scoperta entusiasmante”
“La scoperta di polvere nel giovane vento solare da parte della sonda Parker Solar Probe ha permesso a Syed di aprire un campo di studio completamente nuovo e inaspettato nella fisica solare”, afferma il Dott. Gary Zank, illustre professore di scienze spaziali presso l’UAH e direttore del CSPAR. “È una scoperta entusiasmante, e Syed si è reso conto molto rapidamente che la presenza di polvere avrebbe potuto cambiare il nostro modo di vedere il problema, da tempo irrisolto, di come riscaldare la corona solare a oltre un milione di gradi. I risultati ottenuti nel suo studio preliminare suggeriscono già che potrebbe emergere un nuovo e sorprendente paradigma. Syed ha svolto un lavoro eccezionale che avrà un impatto significativo sulla comprensione della fisica della corona solare”.
L’enigma della corona solare
La corona solare è un’enorme regione di plasma estremamente caldo e rarefatto che si estende per milioni di chilometri nello spazio ed è molto più calda della superficie, o fotosfera, del Sole, che raggiunge circa 5.500°C, mentre la corona può raggiungere 1-3 milioni di °C o più. “L’elevata temperatura della corona solare rimane uno dei principali problemi irrisolti dell’eliofisica”, spiega Ayaz. “Per decenni, i ricercatori si sono concentrati principalmente su come elettroni, ioni, campi magnetici e onde di plasma trasportano e dissipano energia nell’atmosfera solare. Le onde di Alfvén cinetiche sono particolarmente importanti perché possono trasportare energia elettromagnetica attraverso la corona e trasferirla alle particelle, contribuendo a riscaldare e accelerare il plasma”.
Lo studio
Ciò che distingue il nuovo studio è l’introduzione dei granelli di polvere nei modelli che tradizionalmente consideravano l’ambiente vicino al Sole come una semplice miscela di elettroni, ioni e campi magnetici. “Il nostro lavoro aggiunge un nuovo elemento a questo quadro: i granelli di polvere“, afferma Ayaz. “Prima della sonda Parker Solar Probe, la polvere non veniva solitamente considerata una componente attiva dei modelli di riscaldamento coronale perché si riteneva che i granelli di polvere, un milione di volte più massicci di elettroni e ioni, non potessero sopravvivere alle alte temperature della corona solare”.
I dati della PSP hanno invece rivelato qualcosa di inaspettato: la polvere è ancora presente e attiva molto più vicino al Sole di quanto si pensasse in precedenza. “Ciò che mi ha sorpreso di più è stato che la PSP sia riuscita a rivelare così tanto sulla polvere, pur non avendo a bordo un rilevatore di polvere dedicato“, osserva Ayaz. “Quando minuscoli granelli di polvere colpiscono la sonda ad alta velocità, vaporizzano e producono piccole nubi di particelle cariche. Questi impatti appaiono come picchi di tensione netti nelle antenne di FIELDS, permettendo all’intera sonda di agire, di fatto, come un rilevatore di polvere”.
Registrare un’esplosione di polvere cosmica
Lo strumento FIELDS è un insieme di dispositivi che misurano campi elettrici, campi magnetici, onde di plasma ed emissioni radio nella corona solare e nel vento solare. Queste misurazioni indicano che la polvere non solo sopravvive nell’eliosfera interna, ma interagisce anche con i processi del plasma in modi misurabili. “Questo è importante per la fisica solare perché i granelli di polvere carichi non sono semplici particelle passive“, afferma Ayaz. “Una volta che i granelli di polvere acquisiscono una carica elettrica attraverso processi come la fotoemissione e la raccolta del plasma, interagiscono con i campi elettrici e magnetici, influenzano le onde di plasma e modificano il modo in cui l’energia viene trasportata e dissipata”.
Un risultato fondamentale dello studio è che la polvere influenza le onde di Alfvén cinetiche – importanti vettori di energia nei plasmi spaziali – in due modi opposti a seconda che prevalga la massa o la carica della polvere. “Il nostro studio dimostra che la polvere svolge due ruoli distinti nel modo in cui l’energia si muove attraverso l’atmosfera solare“, afferma Ayaz. “La massa della polvere agisce come un’inerzia aggiuntiva nel plasma. Questo tende a rallentare le onde di Alfvén cinetiche e permette alla loro energia di essere trasportata su distanze maggiori prima di essere dissipata. La carica della polvere, d’altra parte, rafforza l’interazione tra l’onda, il campo elettrico e le particelle cariche”.
Questi effetti opposti potrebbero a loro volta determinare dove viene depositata l’energia solare. “Se la massa di polvere è dominante, l’energia delle onde potrebbe viaggiare più lontano nella corona o nel giovane vento solare“, afferma Ayaz. “Se invece sono dominanti gli effetti della carica della polvere, l’energia potrebbe essere rilasciata più localmente sotto forma di riscaldamento delle particelle”.
I risultati mettono in discussione le ipotesi consolidate nei modelli di fisica solare che in genere escludono la polvere come partecipante dinamico al riscaldamento coronale. “La maggior parte dei modelli di riscaldamento solare e di accelerazione delle particelle tratta l’ambiente vicino al Sole come un plasma composto principalmente da elettroni, ioni e campi magnetici“, afferma Ayaz. “Questi ingredienti sono ancora essenziali, ma la nostra ricerca dimostra che anche i granelli di polvere carichi influenzano la fisica in questa regione”.
Interrogativi sulla struttura dell’ambiente vicino al Sole
Inoltre, il lavoro solleva interrogativi più ampi sulla struttura dell’ambiente vicino al Sole e su come l’energia viene trasportata attraverso di esso. “Una delle domande più interessanti è se la polvere vicino al Sole sia solo un indicatore dell’ambiente eliosferico interno, o se sia effettivamente un ingrediente attivo nella fisica del riscaldamento coronale e dell’accelerazione del vento solare“, afferma Ayaz. “PSP ha già dimostrato che l’ambiente di polvere vicino al Sole è più sorprendente e variabile del previsto. Le future osservazioni di PSP sono particolarmente importanti perché ogni avvicinamento ci offre una visione più chiara di una regione che non è mai stata campionata in questo modo prima d’ora”.
“È entusiasmante vedere emergere idee innovative dai nostri dottorandi”, afferma la Dott.ssa Lingling Zhao, professoressa assistente presso il Dipartimento di Scienze Spaziali dell’UAH. “Questo studio evidenzia come nuove prospettive e nuove osservazioni possano portare a scoperte inaspettate”.
Uno sguardo alla ricerca del futuro
Guardando al futuro, Ayaz immagina missioni future con strumenti dedicati alla polvere e al plasma che potrebbero aiutare a determinare se la polvere sia un tassello mancante per risolvere il problema del riscaldamento coronale. “Le missioni oltre Parker, soprattutto quelle dotate di rilevatori di polvere dedicati e di misurazioni delle onde di plasma da parte di più veicoli spaziali, potrebbero spingersi ancora oltre“, conclude Ayaz. “La domanda più importante è affascinante: la polvere sta semplicemente attraversando l’ambiente vicino al Sole, oppure contribuisce a plasmare il modo in cui l’energia elettromagnetica si trasforma in calore e in movimento del vento solare?”.
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