Onde di Alfvén: ecco come la corona solare si scalda fino a milioni di gradi

Trovato ciò che i fisici solari cercavano da 70 anni e che spiega come sulla nostra stella si passi da 6.000 a molti milioni di gradi.

Un'eruzione solare e una cascata di archi magnetici ripresi il 16-17 dicembre 2015 dal Solar Dynamics Observatory (SDO) della Nasa.

Da quando sono state teorizzate, circa settant'anni fa, le onde di Alfvén hanno catalizzato l'attenzione dei fisici solari di tutto il mondo. Sarebbe infatti l'energia trasportata da queste onde a contribuire in modo decisivo al riscaldamento della corona solare - lo strato più esterno dell'atmosfera del Sole - fino a milioni di gradi, rispetto alla più "fredda" e interna zona visibile, che raggiunge valori di circa 6.000 gradi.

 

Oggi un team internazionale coordinato Gerard Doyle (Armagh Observatory, UK), a cui ha partecipato Marco Stangalini (Istituto Nazionale di Astrofisica, Inaf), annuncia in un lavoro in pubblicazione nell'ultimo numero della rivista Scientific Reports (High-frequency torsional Alfvén waves as an energy source for coronal heating) la scoperta di onde torsionali di Alfvén di alta frequenza, con periodo di circa 30 secondi, in sottili tubi di flusso magnetici nell'atmosfera del Sole.

 

Filmato ad altissima risoluzione spaziale e cadenza temporale (3,9 s) con riprese dello Swedish 1-m Solar Telescope che mostra la presenza di oscillazioni torsionali nel tubo di flusso magnetico interpretabili come onde di Alfvén (clicca sull'immagine per avviare l'animazione). | Srivastava et al., Scientific Reports, 2017

Queste onde trasportano una grande quantità di energia negli strati più esterni dell'atmosfera della nostra stella e agiscono da sorgente di energia non solo per il riscaldamento della corona, ma anche per l'accelerazione del vento solare.

 

I fenomeni che avvengono nell'atmosfera solare sono dominati dai meccanismi che coinvolgono i campi magnetici del Sole che, nelle loro complesse evoluzioni dinamiche, possono attorcigliarsi tra loro come giganteschi, invisibili elastici, trasportando enormi accumuli di energia. Questa energia può essere rilasciata in modo impulsivo, come nel caso dei brillamenti solari, o in modo più graduale attraverso il processo di riscaldamento dovuto all'energia trasportata dalle loro oscillazioni, ovvero le onde di Alfvén.

 

 

Grazie alla combinazione di sofisticate simulazioni numeriche e immagini ad altissima risoluzione spaziale, ottenute dal telescopio solare svedese SST (La Palma, Isole Canarie), il team di ricercatori è infine riuscito a identificare le onde di Alfvén nell'atmosfera solare e quindi la possibile origine del riscaldamento coronale.

 

Simulazione numerica che mostra la presenza di oscillazioni di Alfvén torsionali in un tubo di flusso magnetico solare, in accordo con le osservazioni (clicca sull'immagine per avviare l'animazione). | Srivastava et al., Scientific Reports, 2017

«Questo nuovo risultato fornisce una risposta a un enigma di lunga data riguardante il riscaldamento della corona solare», afferma Stangalini: «la scoperta di questo meccanismo di riscaldamento della corona fornirà un nuovo orizzonte per la comprensione dei processi fisici nell'atmosfera solare, che sarà oggetto di studio sia delle prossime missioni spaziali sia delle grandi infrastrutture di Terra, come il telescopio solare europeo (EST), attualmente in fase avanzata di progettazione, che fornirà immagini con un dettaglio senza precedenti, riuscendo a identificare strutture di 25-30 km sulla superficie del Sole.»

 

Il lavoro rappresenta un passo importante nella comprensione dei processi fisici alla base del trasporto di energia nell'atmosfera della nostra stella e suggerisce la necessità di spingere la risoluzione spaziale oltre i limiti attuali, per studiare processi di fisica del plasma su scale spaziali molto piccole. Queste indagini sulle onde di Alfvén, inoltre, possono avere importanti ricadute in una serie di ambiti di ricerca che vanno ben oltre la fisica solare, a partire da una migliore comprensione dei meccanismi di confinamento magnetico utilizzati nella fusione nucleare controllata.