Immagini ad alta risoluzione della macchia solare Ar12546 in fotosfera (sinistra) e in cromosfera (centro) a circa 1000 km di quota nell’atmosfera solare. Le onde magnetiche si propagano verso gli strati più esterni dell’atmosfera solare e sono state identificate come responsabili della variazione di composizione chimica in corona. La macchia solare osservata è una delle macchie più grandi apparse sul Sole negli ultimi 20 anni. I dati sono stati acquisiti con il 20 maggio 2016 con Ibis, lo spettropolarimetro ad alta risoluzione presso il Dunn solar telescope (New Mexico, Usa). L’alta risoluzione spaziale delle immagini consente di osservare dettagli dell’ordine dei 150 km nell’atmosfera del Sole. (osservatore: Marco Stangalini)
Per la prima volta è stato possibile non solo osservare onde magnetiche nella cromosfera del Sole, ma anche identificare un legame tra queste onde e le regioni coronali dove viene esaminata l’anomalia chimica. Questo risultato è stato ottenuto grazie all’utilizzo combinato di dati simultanei acquisiti dallo spettropolarimetro italiano ad alta risoluzione Ibis realizzato dall’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) e installato fino al 2019 al telescopio Dst (New Mexico, Usa), dallo spettrometro uv Eis a bordo della missione Jaxa Hinode, e dai dati acquisiti dal Solar Dynamics Observatory (Sdo) della Nasa.
Ad effettuare questa scoperta è stato un gruppo internazionale guidati da ricercatori dell’Agenzia Spaziale Italiana (Asi) e del Mullard Space Physics Lab dello University College London (Ucl/Mssl). Sono coinvolti anche 7 tra istituti di ricerca e università, tra cui l’Inaf, oltre al working group internazionale sulle onde nell’atmosfera solare (Walsa). I risultati sono stati pubblicati sull’edizione speciale sulle onde magneto-idrodinamiche nel Sole del Philosophical Transaction of the Royal Society A e l’Astrophysical Journal.
La corona solare, che è lo stato più esterno dell’atmosfera del Sole, è fisicamente legata agli strati più bassi, fotosfera inclusa, da dove il gas magnetizzato che compone la corona, si origina. Di conseguenza, ci si aspetterebbe che la composizione chimica della corona fosse simile a quella della fotosfera ma, sorprendentemente, non è così. Ciò era stato osservato circa 50 anni fa e, più recentemente, anche in altre stelle simili al Sole. Il motivo per il quale la composizione chimica della fotosfera e della corona presentano differenze è una delle questioni aperte dell’astrofisica moderna. Negli ultimi anni, alcuni modelli teorici avevano suggerito la possibilità che onde magnetiche in cromosfera potessero separare gli elementi chimici, determinando la variazione di composizione chimica osservata nell’atmosfera solare. Ma nessuna conferma sperimentale di questo meccanismo era disponibile finora.
È interessante notare come questa anomalia di composizione chimica sia stata osservata anche nel vento solare. Essa rappresenta pertanto una segnatura utile a tracciare il flusso di massa e di energia dalla superficie del Sole all’eliosfera. Capire i meccanismi alla base di questa anomalia è quindi di fondamentale importanza per identificare le sorgenti atmosferiche del vento solare.
«La maggior parte dei processi fisici che avvengono nell’atmosfera del Sole – spiega Marco Stangalini ricercatore dell’Agenzia spaziale italiana e primo autore dello studio – coinvolgono simultaneamente diverse quote della stessa. Dalla fotosfera, dove queste onde vengono eccitate, fino alla corona dove rilasciano energia. Questi risultati confermano l’utilità di un utilizzo combinato di dati simultanei acquisiti da strumenti diversi a diverse quote. Ciò consente di operare una mappatura 3D dell’atmosfera stessa e di comprendere meglio i processi fisici che in essa avvengono».
«ll trasferimento di energia e materia che determina la struttura e la dinamica dell’atmosfera solare stabilisce anche le condizioni fisiche nell’eliosfera e le interazioni Sole-pianeti» aggiunge Ilaria Ermolli, ricercatrice dell’Istituto nazionale di astrofisica a Roma e coautrice dello studio. «Molti aspetti fondamentali dei processi coinvolti sono ancora sconosciuti. Il Sole è l’unica stella che permetterà di osservare tali processi alle scale caratteristiche con i telescopi solari di futura generazione operanti a terra e nello spazio, producendo dati di vasta rilevanza astrofisica».
Questi risultati rivestono particolare rilievo in vista dei prossimi dati che arriveranno grazie alla sonda europea Solar Orbiter lanciata lo scorso febbraio che, con una suite di strumenti di remote sensing e in-situ, fornirà una migliore comprensione dei meccanismi con i quali il Sole crea e controlla l’eliosfera.
Per saperne di più:
- leggi il preprint dell’articolo Alfvenic Perturbations in a Sunspot Chromosphere Linked to Fractionated Plasma in the Corona di D. Baker, M. Stangalini et al. in pubblicazione sulla rivista Astrophyiscal Journal
- leggi su Philosophical Transaction of the Royal Society A l’articolo Spectropolarimetric fluctuations in a sunspot chromosphere di M. Stangalini, D. Baker, G. Valori, D. B. Jess, S. Jafarzadeh, M. Murabito, A. S. H. To,
D. H. Brooks, I. Ermolli, F. Giorgi e C. D. MacBride