FLUIDODINAMICA DELLE ERUZIONI SOLARI

Tentacoli di plasma verso il Sole

Un team internazionale di astronomi, guidato da ricercatori dell'University College di Londra, ha descritto per la prima volta in dettaglio il comportamento fluidodinamico del plasma che ricade sulla suferficie solare dopo una gigantesca eruzione.

Il plasma che ricade sul Sole dopo un’eruzione solare si suddivide in filamenti, simili a quelli prodotti da una goccia d’inchiostro lasciata cadere nell’acqua. Crediti: NASA/SDO

Il plasma che ricade sul Sole dopo un’eruzione solare si suddivide in filamenti, simili a quelli prodotti da una goccia d’inchiostro lasciata cadere nell’acqua. Crediti: NASA/SDO

Un team internazionale di astronomi, guidato da ricercatori dell’University  College di Londra (UCL), ha studiato il comportamento delle espulsioni di massa coronale del Sole (CME), descrivendo per la prima volta i dettagli di come il plasma coinvolto in queste gigantesche eruzioni si comporti quando ricade sulla superficie del Sole.

Il 7 giugno 2011 si verificò la più grande eruzione di materia dalla superficie del Sole mai osservata. Nei giorni che seguirono, una notevole quantità del plasma fu proiettata nello spazio, ma la maggior parte scese di nuovo verso la superficie della nostra stella. Un’occasione unica per gli scienziati interessati a studiare il comportamento del plasma solare, ma non solo.

“Sappiamo da lungo tempo che il Sole possiede un campo magnetico. Ma in alcuni punti è troppo debole per poterlo misurare, a meno di non poter disporre di qualcosa che cade attraverso di esso. Le colate di plasma che ripiovevano da questa magnificente esplosione erano esattamente il dono che stavamo aspettando”, spiega David Williams del Mullard Space Science Laboratory all’UCL, uno degli autori dello studio pubblicato ieri su The Astrophysical Journal.

Dal 2010, la sonda NASA Solar Dynamics Observatory (SDO) ha costantemente fotografato la superficie del Sole. Ai nostri occhi la nostra stella sembra quasi immutabile: gli unici cambiamenti che possono essere visti senza attrezzatura speciale sono occasionali e fugaci macchie solari. Ma gli strumenti di SDO possono fendere la luminosità abbagliante, ingrandire i dettagli e rilevare anche quelle lunghezze d’onda della luce che sono bloccate dall’atmosfera terrestre. Grazie alle immagini di SDO, dove i brandelli di plasma che ricadono sul Sole si stagliano come nubi scure sul bagliore della luminosissima corona, gli scienziati hanno potuto analizzare in dettaglio la dinamica della superficie solare durante la CME del 7 giugno 2011.

“Abbiamo notato che la forma del pennacchio di plasma era piuttosto particolare”, dice Jack Carlyle dell’UCL, autore principale dello studio. “Mentre ricadeva sul Sole non è rimasto compatto ma si è ripetutamente diviso, come gocce di inchiostro che scendono attraverso l’acqua, ramificandosi in diversi rivoli. Un effetto di questo genere si verifica quando si miscelano fluidi con densità diverse.”

Simulazione dell’instabilità di Rayleigh–Taylor tra materiali di differente densità in assenza (sopra) e in presenza (sotto) di un campo magnetico. Credit: Carlyle/Williams/Astrophysical Journal

Simulazione dell’instabilità di Rayleigh–Taylor tra materiali di differente densità in assenza (sopra) e in presenza (sotto) di un campo magnetico. Credit: Carlyle/Williams/Astrophysical Journal

Il fenomeno fisico che descrive la complessa ramificazione di un fluido in filamenti sempre più sottili mentre attraversa un fluido meno denso è noto come instabilità di Rayleigh-Taylor. Il gruppo di ricerca ha rilevato che il flusso di plasma dopo l’eruzione seguiva chiaramente l’instabilità di Rayleigh-Taylor nel suo ricadere sulla superficie del Sole. Che è esattamente quel che ci si aspetterebbe di osservare, considerando che il plasma è più denso dell’atmosfera solare attraverso cui ricade.

Tuttavia, l’ambiente altamente magnetizzato della nostra stella induce una leggera modifica all’instabilità di Rayleigh-Taylor. Ne risultata che i rivoli in cui si ramificano le “bolle” di plasma sul Sole sono più “cicciottelli” di quanto lo sarebbero senza campo magnetico, un fenomeno riscontrato anche nelle nebulose formatesi dopo l’esplosione delle supernove. Da questa differenza, i ricercatori hanno infine potuto dedurre una misura indiretta dell’intensità del campo magnetico solare.

L’eruzione solare del 7 giugno 2011 è già stata sotto la lente di ingrandimento di altri team di ricerca. Qui su Media INAF abbiamo già descritto lo studio, a guida italiana, dell’impatto delle bolle di plasma sulla superficie solare per ricavare informazioni su un processo del tutto simile che potrebbe avvenire nel corso della formazione delle stelle. In un articolo pubblicato all’inizio di febbraio su Astronomy & Astrophysics, il moto delle stesse bolle di plasma è stato studiato da ricercatori INAF per misurare un effetto noto col nome di attrito magnetico, che provoca una sorta di “frenamento” nella loro caduta. “Complessivamente,” ha commentato Alessandro Bemporad dell’INAF-Osservatorio astronomico di Torino, tra gli autori di quest’ultimo studio, “tutti questi lavori dimostrano come lo studio del Sole permetta ancora oggi di ricavare informazioni uniche sui plasmi astrofisici, informazioni che trovano poi applicazioni nei campi più disparati, dalla formazione stellare allo studio delle supernove.”

Per saperne di più:

  • Il preprint dello studio “Investigating the dynamics and density evolution of returning plasma blobs from the 2011 June 7 eruption” di Jack Carlyle, David R. Williams, Lidia van Driel-Gesztelyi, Davina Innes, Andrew Hillier, Sarah Matthews
  • Il preprint dello studio “Measurements with STEREO/COR1 data of drag forces acting on small-scale blobs falling in the intermediate corona” di Sergio Dolei, Alessandro Bemporad, Daniele Spadaro