Un nuovo studio sugli anelli coronali mette in dubbio le teorie storiche sulla struttura dell’atmosfera solare.

Secondo un nuovo documento che mette in discussione le ipotesi prevalenti su ciò che sappiamo, e non sappiamo, sul Sole, molti anelli coronali – i filamenti di plasma che gli scienziati da tempo hanno osservato nell’atmosfera del Sole – potrebbero in realtà essere illusioni ottiche. La ricerca, guidata dal National Center for Atmospheric Research (NCAR) e pubblicata su The Astrophysical Journal, si è bastata su una simulazione 3D all’avanguardia della corona solare che ha permesso agli scienziati di tagliare la corona in sezioni distinte nel tentativo di isolare i singoli anelli coronali.

Ciò che hanno scoperto è che molti di questi anelli, non erano affatto anelli. Mentre il team di ricerca è stato in grado di individuare alcuni degli anelli coronali che stavano cercando, hanno anche scoperto che in molti casi quelli che sembrano esserlo nelle immagini riprese del Sole potrebbero in realtà essere increspature di plasma luminoso nell’atmosfera solare.
Mentre i flussi di plasma luminoso si ripiegano su sé stessi, le increspature appaiono come linee sottili e luminose, che imitano l’aspetto di filamenti di plasma distinti e autonomi

I risultati, che il team di ricerca hanno chiamato “l’ipotesi del velo coronale”, hanno implicazioni significative per la nostra comprensione del Sole poiché i presunti anelli coronali sono stati usati per decenni come un metodo per dedurre informazioni su densità, temperatura e altri dati fisici caratteristici dell’atmosfera solare. 

Esperimento scolastico che permette di visualizzare come la polvere di ferro si disponga lungo le linee del campo magnetico di una barra magnetizzata. Credit: Burlington MA Science Center

A dispetto delle apparenze

Quello che sembra essere un anello coronale può essere osservato nelle immagini scattate del Sole in condizioni di estrema luce ultravioletta. Il presupposto che esistano davvero è sempre stato naturale per gli scienziati perché si adatta perfettamente alla nostra comprensione più elementare del magnetismo. Un esperimento classico che viene fatto a scuola è cospargere della polvere di ferro vicino a una barra magnetizzata. La polvere si orienta lungo le linee del campo magnetico che si avvolgono da un polo all’altro della barra e queste linee curve si estendono, diventando più deboli e meno dense, più sono lontane dal magnete.

Gli apparenti anelli coronali nelle immagini del Sole sembrano molti simili, e poiché c’è un campo magnetico significativo nel Sole, l’esistenza di linee di campo magnetico che potrebbero intrappolare un filamento di plasma creando un anello sembra una spiegazione ovvia.
E infatti, il nuovo studio conferma che tali circuiti esistono.

Tuttavia, gli anelli coronali osservati sul Sole non si sono mai comportati esattamente come dovrebbero, in base alla nostra comprensione dei magneti. Ad esempio, gli scienziati si aspetterebbero che le linee del campo magnetico sul Sole si allarghino, proprio come nell’esperimento della polvere di ferro, mentre ci si sposta più in alto nella corona. Se questo accadesse, il plasma intrappolato tra le linee di campo si estenderebbe anche tra i confini, creando anelli più spessi e meno luminosi.
Ma le immagini del Sole non mostrano questo fenomeno: gli anelli più lontani appaiono ancora sottili e luminosi. 

La possibilità che questi anelli siano invece increspature di un velo coronale aiuta a spiegare questa e altre discrepanze, ma pone anche nuove domande. Ad esempio, cosa determina la forma e lo spessore delle increspature? E quanti degli anelli coronali che vediamo nelle immagini del Sole sono reali e quanti sono illusioni ottiche? 

Anelli coronali
Anelli coronali ripresi dalla sonda SDO. Credit: NASA/Solar Dynamics Observatory

Una nuova visione del Sole

La scoperta che gli anelli coronali possono essere illusioni è stata resa possibile grazie a una simulazione estremamente dettagliata della corona solare prodotta da MURaM, un modello magnetoidrodinamico radiativo che è stato esteso per modellare la corona solare in uno sforzo guidato da NCAR. Tale simulazione è stata in grado di modellare simultaneamente ciò che stava accadendo in più regioni del Sole, dalla parte superiore della zona convettiva – circa 10.000 chilometri sotto la superficie del Sole – attraverso la superficie solare e oltre, fino a quasi 40.000 chilometri nella corona solare. Queste varie regioni del Sole coprono una vasta gamma di condizioni fisiche, comprese differenze di densità e pressione, e quindi gli scienziati non avevano in precedenza escogitato un modo per rappresentare matematicamente queste regioni in una simulazione unificata.

Tra gli altri risultati, la nuova simulazione è stata in grado di catturare per la prima volta l’intero ciclo di vita di un brillamento solare, dall’accumulo di energia al di sotto della superficie solare all’emergere del brillamento in superficie e infine al rilascio esplosivo di energia.

Il modello ha anche prodotto set di dati tridimensionali che contengono la struttura del campo magnetico e del plasma, che possono essere utilizzati per generare osservazioni “sintetiche”.
Poiché la corona solare è otticamente sottile, il che significa che è relativamente facile vederle attraverso, le strutture della corona si sovrappongono l’una all’altra nelle immagini del Sole. Ciò rende difficile dire se una struttura che si sovrappone ad altri anelli si trova davanti o dietro a essi.
Ed è anche difficile dire se l’anello stesso abbia una sezione trasversale compatta, come un tubo da giardino, o assomigli a un lungo nastro visto sul bordo. È anche possibile che quello che sembra essere un filo sottile possa essere un’illusione ottica causato da un’increspatura nel flusso di plasma luminoso. 

I dati prodotti da MURaM hanno offerto agli scienziati l’opportunità di sezionare l’atmosfera solare e studiare separatamente le strutture sovrapposte, cosa che non è possibile fare con gli osservatori e gli strumenti di cui disponiamo attualmente. Sebbene la simulazione MURaM sia una delle più realistiche mai create della corona solare, resta ancora solo un modello.
Capire quanti anelli coronali siano in realtà illusioni ottiche richiederà metodi di osservazione attentamente progettati che sondano la corona e nuove tecniche di analisi dei dati.
Ma questo studio dimostra che il modo in cui attualmente interpretiamo le osservazioni del Sole potrebbe non essere adeguato a comprendere veramente la fisica della nostra stella. 

Riferimenti:

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