Mentre il Sole si muove lungo la galassia, emette particelle cariche in un flusso di plasma detto vento solare, e il vento solare crea una bolla che si estende al di fuori del sistema solare, conosciuta come eliosfera. Per decadi gli scienziati hanno immaginato l’eliosfera come una specie di cometa, con una lunga coda che si estende migliaia di volte la distanza dalla Terra al Sole.
Una nuova ricerca suggerisce che il campo magnetico solare influisca sulla forma a larga scala dell’eliosfera «in modo molto più significativo di quanto si pensava in precedenza», dice Merav Opher, professore associato di astronomia e direttrice del Center for Space Physics dell’Università di Boston. Nel nuovo modello il campo magnetico comprime il vento solare lungo gli assi nord e sud, producendo due getti che vengono poi spinti verso il basso dal flusso del mezzo interstellare attraverso cui si muove l’eliosfera.
La forma gialla nell’immagine è l’eliopausa, il confine tra l’eliosfera e il mezzo interstellare. Il Sole si trova al centro di questa bolla, troppo piccolo per essere visibile. Le linee grigie rappresentano il campo magnetico solare, mentre quelle rosse il campo magnetico interstellare. Crediti: M. Opher
Il modello indica che la coda dell’eliosfera non si estende su grandi distanze, ma è divisa in due dai getti, e che la forma dei getti è molto simile a quanto osservato in altri sistemi astrofisici come stelle e buchi neri. «Molti ricercatori non credono nell’importanza del campo magnetico solare, perché la pressione magnetica sulle particelle del vento solare è molto più debole della pressione termica delle particelle stesse» dice la Opher, prima autrice di un articolo apparso ieri sulla rivisa Astrophysical Journal. Tuttavia, il modello mostra che la tensione del campo magnetico ha un ruolo cruciale in ciò che accade al vento solare nella coda.
Immaginate un tubetto di dentifricio con degli elastici che lo avvolgono, propone James Drake, co-autore dell’articolo professore di fisica e direttore del Joint Space Science Institute dell’Università del Maryland. Nel nostro caso il dentifricio è il getto di plasma, mentre gli elastici sono gli anelli di campo magnetico solare. «I campi magnetici possiedono una tensione, proprio come gli elastici, perciò è come se gli anelli “spremessero” il getto», dice Drake. «Immaginate di avvolgere il vostro tubetto di dentifricio con fermezza e con un gran numero di elastici, e che questi spingano il dentifricio fuori dal tubetto».
«I getti sono molto importanti in astrofisica», aggiunge Drake. «E a quanto pare il meccanismo che alimenta questi getti eliosferici è sostanzialmente lo stesso osservato ad esempio nella Nebulosa del Granchio. Ma questo ce l’abbiamo davvero vicino. Se le nostre supposizioni sono giuste, abbiamo un laboratorio a portata di mano per testare alcuni aspetti fondamentali della fisica».
«È anche molto affascinante il fatto che questi getti siano così turbolenti, promettendo di diventare ottimi acceleratori di particelle» dice la Opher. «I getti potrebbero avere un ruolo importante nell’accelerazione dei cosiddetti raggi cosmici anomali. «Non sappiamo dove vengano accelerate queste particelle, ed è abbastanza un mistero».
Svelare questi misteri sarà molto importante per i viaggi nello spazio. L’eliosfera si comporta come «un bozzolo protettivo, che filtra i raggi cosmici galattici», prosegue la Opher. «Capire i fenomeni fisici che producono la forma dell’eliosfera ci aiuterà a comprendere meglio questo prezioso filtro».
Il nuovo aspetto dell’eliosfera è stato scoperto per caso, mentre il team studiava un set di dati provenienti da Voyager 1 e cercava di capire come il campo magnetico galattico interagisca con l’eliosfera. Voyager 1 è una di due sonde identiche lanciate nel 1977, e nel 2012 è diventato il primo oggetto costruito dall’uomo ad essere uscito dall’eliosfera, immergendosi nel mezzo interstellare. Mentre la sonda si avvicinava e varcava questo confine, «ha realizzato una serie di osservazioni bizzarre», segnala la Opher. Ad esempio, non ha rilevato il cambiamento netto della direzione del campo magnetico previsto dai modelli.
Nel tentativo di spiegare questo risultato inatteso, il team si è inizialmente concentrato più sul «naso« dell’eliosfera che sulla sua coda. «Le sonde Voyager avevano una torcia in cucina e nessuno pensava ad esplorare la soffitta», aggiunge la Opher. «Studiando il comportamento del campo magnetico galattico attorno al naso dell’eliosfera, abbiamo notato che questo era molto più corto di quanto ci aspettassimo«. Quando il team ha eseguito una simulazione numerica più grande, che seguiva il flusso del vento solare, ha svelato la forma imprevista a due code.
Dati aggiuntivi sui confini dell’eliosfera arriveranno nei prossimi anni, quando la sonda gemella Voyager 2 attraverserà il confine nel suo viaggio verso lo spazio interstellare. Nel frattempo nuove evidenze circa la forma dell’eliosfera sono disponibili grazie a due sonde che misurano i cosiddetti «atomi neutri energici», particelle che vengono create da interazioni tra il vento solare e atomi neutri del mezzo interstellare, la cui presenza ci fornisce indicazioni sui confini dell’eliosfera.
Merav Opher sostiene che i risultati di IBEX (Interstellar Boundary Explorer) potranno offrire supporto al modello a due code, sebbene noti anche che gli scienziati del progetto IBEX offrono una diversa interpretazione. Inoltre, i dati della sonda Cassini, che ha ottenuto a sua volta misure degli atomi neutri energici, sembrano suggerire una forma quasi priva di coda per l’eliosfera, aggiunge la Opher.