Nella zona di “risacca” del fronte d’urto tra il vento solare il campo magnetico terrestre una sonda Themis ha visto alcune particelle accelerate a velocità relativistiche. Crediti: E. Masongsong, H. Hietala, UCLA; NASA EYES
Lassù, al limitare del campo magnetico terrestre, succedono strani fenomeni. Come quello riportato in un articolo appena apparso sulla rivista Physical Review Letters, dove un gruppo di ricerca principalmente statunitense spiega come siano stati rilevati elettroni accelerati fino a velocità prossime a quella della luce in una particolare zona – definita foreshock dagli addetti ai lavori – situata appena oltre i confini del campo magnetico terrestre.
La scoperta è avvenuta grazie alle osservazioni effettuate da uno dei cinque satelliti che compongono la missione spaziale NASA Themis (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms), progettata per studiare l’interazione tra la magnetosfera terrestre e le tempeste solari, alla base delle aurore polari. In precedenza erano già state osservate particelle ad alta energia in questa zona, ma questa è la prima volta che tali particelle sono state viste generarsi proprio all’interno della regione di foreshock.
Il modo in cui particelle come queste vengono accelerate è assai poco compreso e la nuova scoperta può modificare, secondo gli autori della ricerca, le attuali teorie su come gli elettroni possano essere accelerati, non solo nei fronti d’urto (bow shock), dove il campo magnetico terrestre oppone uno scudo protettivo al vento solare, ma nell’universo in generale.
«Questa scoperta riguarda praticamente ogni aspetto della fisica delle particelle di alta energia», spiega Lynn Wilson, del Goddard Space Flight Center della NASA e autore principale del nuovo studio, «dai raggi cosmici fino alle eruzioni solari e alle espulsioni di massa coronale, che hanno il potenziale di danneggiare satelliti e nuocere agli astronauti di future lunghe spedizioni su Marte».
I satelliti Themis rappresentati all’interno della regione di foreshock. I colori rappresentano l’ampia gamma di densità di particelle presenti in questa zona. Crediti: NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio
Quando un flusso di particelle cariche si scontra con il campo magnetico terrestre, il fronte d’urto rallenta le particelle, facendo in modo che la maggior parte di esse venga deviata attorno alla Terra, mentre alcune vengono riflesse indietro verso il Sole. Le particelle “rimpallate” permangono in questa zona di “risacca” del vento solare, la zona di foreshock appunto, dove se ne trovano alcune particolarmente veloci: ioni ed elettroni altamente energetici che, sbatacchiati avanti e indietro in una sorta di flipper magnetico, guadagnano un po’ di energia supplementare da ogni scontro con altre particelle.
Tuttavia, per arrivare a velocità relativistiche, queste particelle hanno bisogno di una “spinta” ben superiore, almeno 10 volte più energica, che potrebbe provenire da un’attività solare particolarmente intensa. Un’eventualità che nel caso specifico è stata esclusa da concomitanti osservazioni effettuate con due osservatori eliofisici spaziali, Wind e Stereo, sempre della NASA.
Gli autori del nuovo studio ritengono che gli elettroni osservati da Themis abbiano più probabilmente guadagnato energia attraverso l’attività elettromagnetica presente nella stessa regione di foreshock, attraverso un meccanismo ancora non chiarito che agisce su piccola scala. Per arrivare a comprendere come funzioni questo meccanismo, il prossimo necessario passo per i ricercatori è di osservare con Themis un numero molto maggiore di questi particolari e misteriosi elettroni superveloci.
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