Gli scienziati hanno scoperto modelli solari che potrebbero aiutare a comprendere il clima spaziale

Secondo Science Alert, il pezzo mancante potrebbe essere collegato a schemi insoliti di esplosioni ad alta energia dalla superficie del sole Ricerca recente.

Siamo abituati a sentire parlare dei raggi ultravioletti del sole, dai quali ci proteggiamo utilizzando la protezione solare. Il Sole emette anche raggi gamma molto più forti, che sono le onde più energetiche sulla Terra Campo elettromagnetico. Ogni fotone di raggi gamma trasporta un miliardo di volte più energia di un fotone ultravioletto.

I raggi gamma non colpiscono direttamente le persone sulla superficie terrestre perché i fotoni vengono assorbiti dall'atmosfera. Ma gli scienziati stanno studiando se alcuni di questi raggi altamente energetici possano tracciare l’attività solare, come le potenti esplosioni del Sole come i brillamenti solari o le esplosioni sulla sua superficie. Eventi così potenti possono creare “clima spaziale”, che può colpire la Terra, influenzare le operazioni satellitari e distruggere i sistemi ferroviari o elettrici.

Prevedere eventi solari estremi rappresenterebbe un enorme miglioramento nella nostra comprensione del Sole, come prevedere un terremoto prima che si verifichi.

In uno studio recente, gli scienziati hanno scoperto che alcune parti del Sole emettono raggi gamma più intensi di altre, una scoperta sorprendente perché i modelli precedentemente indicavano che i raggi gamma dovrebbero essere uniformi attraverso il Sole. L'ultima ricerca ha scoperto che i poli del sole emettono la radiazione più elevata nei momenti in cui i campi magnetici settentrionale e meridionale del sole si invertono.

“Si tratta di avere strumenti migliori per prevedere l'attività solare”, ha affermato Bruno Arseoli, coautore e ricercatore presso l'Università di Lisbona e l'Università di Trieste. “Forse possiamo utilizzare queste nuove informazioni provenienti da energie molto elevate per aiutare i nostri modelli a prevedere il comportamento del Sole”.

La motivazione scientifica di questa strana tendenza rimane un mistero, dicono gli autori. Ma il campo magnetico del Sole probabilmente si invertirà nel prossimo anno o due, consentendo agli scienziati di osservare questo strano fenomeno in tempo reale e raccogliere più dati per spiegare questo fenomeno.

Simmetria sotto la superficie del sole

I raggi gamma sono i re di tutta l’energia. Sono generati dagli oggetti più energetici del nostro universo, come le esplosioni di supernova o le stelle di neutroni. Anche le esplosioni nucleari e i fulmini sulla Terra possono produrre raggi gamma.

Il Sole può anche emettere raggi gamma in diversi modi. Quando l'eruzione del Sole rilascia gas e plasma dalla sua superficie, possono essere emessi anche raggi gamma, ma a livelli energetici relativamente piccoli.

La più grande fonte di radiazione gamma solare arriva quando il Sole è bombardato da particelle altamente energetiche emesse da supernove e stelle di neutroni in tutto l’universo, chiamate raggi cosmici. Quando una particella cosmica carica colpisce il Sole, viene orbita attorno dal campo magnetico del Sole e ritorna fuori. Mentre esce, si scontra con il gas sulla superficie del Sole ed eccita le particelle solari trasformandole in fotoni di raggi gamma.

L'astrofisico Tim Linden ha affermato che questa conversione dei raggi gamma può avvenire a una profondità compresa tra 100 e 1.000 chilometri sotto la superficie del sole, dove il campo magnetico è abbastanza forte da deviare i raggi cosmici.

“Con i raggi gamma del Sole, possiamo vedere qualche migliaio di chilometri più in basso”, ha detto Linden, un astrofisico dell'Università di Stoccolma che non è stato coinvolto nel nuovo studio. “Quale Potrebbe fornirti una sonda su ciò che sta accadendo in profondità sotto la superficie del Sole.

L'attività del sole non è costante. Ogni 11 anni, la nostra stella ospite subisce un cambiamento di costume poiché i suoi poli magnetici nord e sud cambiano posizione, noto come ciclo solare. Quando i poli si invertono, il livello di attività sulla superficie del sole cambia. Il Sole è meno attivo all'inizio, noto come minimo solare, e più attivo intorno alla metà, quando i poli magnetici si invertono ufficialmente, noto come massimo solare. Si prevede che il Sole raggiungerà il massimo solare nel prossimo anno circa.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno studiato come la radiazione gamma solare cambia durante un intero ciclo solare, utilizzando i dati raccolti dal telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA. Hanno scoperto che la radiazione gamma era più intensa ai poli del Sole, dove l’attività solare raggiungeva il picco durante il ciclo, in coincidenza con l’inversione formale dei campi magnetici.

“Questo era inaspettato”, ha detto Arceoli. “È semplicemente qualcosa di nuovo che stiamo scoprendo riguardo al sole.”

Linden ha aggiunto che questa scoperta è stata sorprendente perché la forza effettiva del campo magnetico del Sole non cambia molto in un periodo di 11 anni. Durante il picco di attività, il campo magnetico del Sole diventa più intricato, portando a più attività come brillamenti ed esplosioni sulla superficie, ma la forza complessiva non cambia necessariamente.

“Nessuno aveva un modello che affermasse che alcune parti del Sole sarebbero state più luminose di altre in funzione del ciclo solare”, ha detto Linden, ma studi precedenti avevano accennato a uno schema insolito. Ha dimostrato che alcune aree del Sole sono più luminose di altre in A Studio precedenteMa questo nuovo studio analizza le tendenze in modo più dettagliato.

Ora, i modelli e la comprensione delle energie gamma del nostro Sole devono essere rivisti. Poiché questa struttura sbilenca appare nel momento in cui il Sole passa davanti al suo nucleo magnetico, è possibile che i raggi gamma siano legati alla formazione magnetica e all’attività solare, ha detto Arcioli.

Elena Orlando, autrice dello studio e ricercatrice presso l'Università di Trieste e l'Università di Stanford, ha affermato che la spiegazione esatta rimane un mistero. Un’idea potrebbe essere che i raggi cosmici colpiscano regioni diverse durante il massimo solare. O forse c'è qualcosa di speciale nei poli durante il massimo solare, che attrae più raggi cosmici per raggiungerli. Potrebbe esserci anche un’interpretazione completamente diversa.

“Ciò suggerisce che i raggi gamma trasportano informazioni sull'attività solare”, ha detto Arseoli. “In un certo senso apre una nuova area di studio per questa associazione”.

Un potenziale strumento per prevedere l’attività solare

Prevedere un evento solare estremo è come prevedere un terremoto. I processi del sottosuolo iniziano a cambiare e possono portare ad attività in superficie, ma è difficile prevedere esattamente quando e dove.

“Questo studio aiuta ad espandere la nostra conoscenza di dove esattamente i raggi gamma hanno origine sulla superficie del Sole”, ha detto il fisico delle particelle Mihr On Nisa, che non è stato coinvolto nello studio.

Studi precedenti avevano anche indicato che i raggi gamma non brillano in modo uniforme attraverso il Sole, ma questo è il primo studio a mostrare un cambiamento durante il picco dell’attività solare.

Orlando ha affermato che i raggi gamma potrebbero aiutare a dare uno sguardo precoce ai processi sulla superficie e fornire indizi sullo stato generale del Sole. Ad esempio, un aumento della radiazione gamma ai poli potrebbe indicare che il campo magnetico del Sole è in fase di inversione e che l’attività del Sole sta aumentando, portando a ulteriori brillamenti solari che potrebbero colpire la Terra.

Studi futuri potrebbero anche esaminare come cambiano le radiazioni gamma prima che si verifichi un grande brillamento solare, ha detto Linden, utilizzando potenzialmente le osservazioni come strumento di previsione, proprio come determinare se pioverà sulla Terra a causa delle condizioni meteorologiche.

“Gli stessi campi magnetici che sono responsabili della modulazione delle particelle ad alta energia che producono questi raggi gamma sono anche responsabili dei flussi e riflussi della meteorologia spaziale”, ha detto Nyssa. “Indipendentemente dal fatto che la vita sia disturbata o meno dalle condizioni meteorologiche spaziali, comprendere adeguatamente la fisica della nostra stella più vicina non farà altro che aumentare la nostra conoscenza del nostro posto nell’universo”.

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