Ciclo solare verso il massimo: gli astrofisici vogliono risolvere il mistero dei raggi gamma - METEO GIORNALE: primo sito meteo italiano di Previsioni Meteo
Il Sole, la nostra stella più vicina, è noto per la sua luminosità nella luce visibile, ma cosa accade quando si osserva alle energie più elevate della radiazione elettromagnetica? Uno studio recente ha rivelato che durante l’ultimo massimo solare, le regioni polari del Sole sono state particolarmente attive nell’emettere radiazioni ad alta energia, un fenomeno che rimane inspiegato. Questa scoperta è stata riportata in uno studio guidato da un ricercatore della Facoltà di Scienze dell’Università di Lisbona (Ciências ULisboa), in Portogallo.
La rappresentazione del Sole in raggi gamma è una vista letale, fortunatamente oscurata dall’atmosfera terrestre e visibile solo dallo spazio. Ogni fotone trasporta un miliardo di volte più energia rispetto al suo omologo ultravioletto. Ma come varia nel tempo l’emissione regolare di raggi gamma del Sole? È possibile collegarla ai periodi di eventi violenti che osserviamo sulla superficie della nostra stella?
Comprendere l’emissione di raggi gamma
Lo studio, guidato da Bruno Arsioli, dell’Istituto di Astrofisica e Scienze dello Spazio (IA) in Portogallo e della Facoltà di Scienze dell’Università di Lisbona (Ciências ULisboa), potrebbe contribuire a comprendere il processo ancora sconosciuto che rende il Sole dieci volte più luminoso in raggi gamma di quanto ci si aspettasse. Potrebbe anche informare le previsioni meteorologiche spaziali.
I raggi gamma solari sono prodotti nell’alone della nostra stella e nelle eruzioni solari, ma vengono anche rilasciati dalla sua superficie. Questi ultimi sono stati il focus di questo studio. “Il Sole è investito da particelle che viaggiano a velocità prossime a quella della luce provenienti da oltre la nostra galassia in tutte le direzioni”, afferma Bruno Arsioli. “Questi cosiddetti raggi cosmici sono elettricamente carichi e vengono deviati dai campi magnetici del Sole. Quelli che interagiscono con l’atmosfera solare producono una pioggia di raggi gamma”.
Gli scienziati pensavano che queste piogge avessero uguali probabilità di essere viste ovunque attraverso il disco solare. Tuttavia, questo lavoro suggerisce che i raggi cosmici potrebbero interagire con il campo magnetico del Sole e quindi produrre una distribuzione di raggi gamma non uniforme in tutte le latitudini della nostra stella.
“Abbiamo anche rilevato una differenza di energia tra i poli”, aggiunge Bruno Arsioli. ”Nel polo sud, c’è un surplus di emissioni di energia superiore, di fotoni con 20 a 150 gigaelettronvolt, mentre la maggior parte dei fotoni meno energetici proviene dal polo nord”. Gli scienziati non hanno ancora una spiegazione per questa asimmetria.
Durante il massimo del ciclo di attività solare, è evidente che i raggi gamma vengono emessi più frequentemente a latitudini più elevate. Erano particolarmente concentrati sui poli solari nel giugno del 2014, al momento dell’inversione del campo magnetico solare. Questo è il momento in cui il dipolo del campo magnetico del Sole scambia i suoi due segni, un fenomeno peculiare noto per verificarsi al picco dell’attività solare, una volta ogni undici anni.
Attività solare e dinamiche del campo magnetico
“Abbiamo trovato risultati che sfidano la nostra attuale comprensione del Sole e del suo ambiente”, afferma Elena Orlando, dell’Università di Trieste, INFN e Stanford University, e coautrice dello studio. ”Abbiamo dimostrato una forte correlazione dell’asimmetria nell’emissione di raggi gamma solari in coincidenza con il ribaltamento del campo magnetico solare, che ha rivelato un possibile collegamento tra astronomia solare, fisica delle particelle e fisica del plasma”.
I dati utilizzati provengono da 14 anni di osservazioni con il satellite Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT), tra agosto 2008 e gennaio 2022. Questo periodo ha coperto un intero ciclo solare, da un minimo al successivo, con il picco nel 2014. Una delle sfide è stata distinguere le emissioni solari dalle numerose altre fonti di raggi gamma nel cielo di sfondo, attraversato dalla traiettoria apparente del Sole. Bruno Arsioli e la sua collega Elena Orlando hanno prodotto uno strumento per integrare tutti gli eventi di raggi gamma solari entro una finestra dell’ordine di 400 a 700 giorni, e questa finestra può scorrere lungo il periodo di 14 anni. Attraverso questa visualizzazione, i momenti di eccessi polari sono diventati chiari, così come la discrepanza energetica tra nord e sud.
“Lo studio delle emissioni di raggi gamma dal Sole rappresenta una nuova finestra per indagare e comprendere i processi fisici che avvengono nell’atmosfera della nostra stella”, afferma Arsioli. ”Quali sono i processi che creano questi eccessi ai poli? Forse ci sono meccanismi aggiuntivi che generano raggi gamma che vanno oltre l’interazione dei raggi cosmici con la superficie del Sole”.
Tuttavia, se ci atteniamo ai raggi cosmici, potrebbero funzionare come una sonda dell’atmosfera solare interna. L’analisi di queste osservazioni Fermi-LAT motiva anche un nuovo approccio teorico che dovrebbe considerare una descrizione più dettagliata dei campi magnetici del Sole.
Il possibile collegamento tra la produzione di raggi gamma del Sole e i suoi spettacolari periodi di eruzioni solari e di eiezioni di massa coronale più frequenti, e tra questi e i cambiamenti nella configurazione magnetica della nostra stella, potrebbe essere un ingrediente per migliorare i modelli fisici che prevedono l’attività solare. Questi sono alla base delle previsioni meteorologiche spaziali, essenziali per proteggere gli strumenti sui satelliti nello spazio e le infrastrutture di telecomunicazioni ed elettroniche sulla Terra.
“Nel 2024 e l’anno successivo vivremo un nuovo massimo solare, e un’altra inversione dei poli magnetici del Sole è già iniziata. Ci aspettiamo entro la fine del 2025 di rivalutare se l’inversione dei campi magnetici è seguita da un surplus nelle emissioni di raggi gamma dai poli”, afferma Bruno Arsioli. Elena Orlando aggiunge: “Abbiamo trovato la chiave per sbloccare questo mistero, che suggerisce le future direzioni che dovrebbero essere prese. È fondamentale che il telescopio Fermi operi e osservi il Sole nei prossimi anni”.
Ma i raggi gamma solari hanno probabilmente ancora molto da rivelare e richiedono ulteriore attenzione. Questo studio ora pubblicato rafforzerà il caso scientifico per il monitoraggio continuo del Sole da parte della prossima generazione di osservatori spaziali di raggi gamma. “Se si stabilisce che le emissioni ad alta energia trasportano davvero informazioni sull’attività solare, allora la prossima missione dovrebbe essere pianificata per fornire dati in tempo reale sulle emissioni di raggi gamma dal Sole”, afferma Arsioli.
