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Un nuovo modello mostra la bizzarra forma dell'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.
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. Credit: M. Opher

Il vento solare è un flusso di particelle cariche emesso dall'alta atmosfera del Sole che crea una bolla estesa oltre i confini del Sistema Solare, chiamata eliosfera.

Per decenni gli scienziati hanno immaginato l'eliosfera come una specie di cometa, ossia con una coda lunga migliaia di volte la distanza Terra – Sole. Ora, però una nuova ricerca suggerisce che la sua forma su larga scala è controllata dal campo magnetico del Sole, molto di più di quanto si pensasse.

Nel nuovo modello il campo magnetico comprime il vento solare lungo gli assi nord e sud producendo due getti, simili a quelli osservati in altri oggetti astrofisici come i buchi neri, che vengono poi spinti verso il basso dal flusso del mezzo interstellare attraverso cui l'eliosfera si muove.
La simulazione indica anche che la coda dell'eliosfera non si estende per grandi distanze come ritenuto finora.

"La maggior parte dei ricercatori non crede nell'importanza del campo magnetico solare perché la pressione magnetica sulle particelle del vento solare è di gran lunga inferiore alla pressione termica delle particelle stesse", spiega Merav Opher, professore associato di astronomia e direttore del Center for Space Physics at Boston University (BU), autore principale del documento apparso ieri sulla rivista Astrophysical Journal Letters.

Magnetized Jets Driven By the Sun: the Structure of the Heliosphere Revisited [abstract]

The classic accepted view of the heliosphere is a quiescent, comet-like shape aligned in the direction of the Sun's travel through the interstellar medium (ISM) extending for thousands of astronomical units (AUs). Here, we show, based on magnetohydrodynamic (MHD) simulations, that the tension (hoop) force of the twisted magnetic field of the Sun confines the solar wind plasma beyond the termination shock and drives jets to the north and south very much like astrophysical jets. These jets are deflected into the tail region by the motion of the Sun through the ISM similar to bent galactic jets moving through the intergalactic medium. The interstellar wind blows the two jets into the tail but is not strong enough to force the lobes into a single comet-like tail, as happens to some astrophysical jets. Instead, the interstellar wind flows around the heliosphere and into the equatorial region between the two jets. As in some astrophysical jets that are kink unstable, we show here that the heliospheric jets are turbulent (due to large-scale MHD instabilities and reconnection) and strongly mix the solar wind with the ISM beyond 400 AU. The resulting turbulence has important implications for particle acceleration in the heliosphere. The two-lobe structure is consistent with the energetic neutral atom (ENA) images of the heliotail from IBEX where two lobes are visible in the north and south and the suggestion from the Cassini ENAs that the heliosphere is "tailless."

"Immaginate un tubetto di dentifricio con degli elastici avvolti intorno", suggerisce co-autore James Drake, professore di fisica e direttore dello Space Science Institute-Joint presso l'Università del Maryland. "In questo caso, il dentifricio è il getto di plasma e gli elastici sono gli anelli del campo magnetico solare. I campi magnetici sono in tensione come gli elastici e questi anelli spremono il getto", dice.
"Quindi, avvolgete il vostro tubetto di dentifricio in modo molto stretto con un sacco di elastici in modo che spremano il dentifricio fuori del tubetto".

"I getti sono molto importanti in astrofisica," aggiunge Drake. "E per quello che possiamo dire, il meccanismo che sta alimentando questi getti nell'eliosferica è fondamentalmente lo stesso che lavora, ad esempio, nella Nebulosa del Granchio. Ma questo lo abbiamo a portata di mano ed un banco di prova per esplorare alcuni aspetti fondamentali della fisica".

"È anche molto affascinante il fatto che questi getti siano così turbolenti perché potrebbero diventare ottimi acceleratori di particelle", dice la Opher riferendosi al fatto che potrebbero avere un ruolo importante nell'accelerazione dei cosiddetti raggi cosmici anomali. "Non sappiamo dove vengano accelerate queste particelle e ciò rimane un puzzle" e risolverlo sarà fondamentale per il futuro dei viaggi spaziali.
L'eliosfera agisce come "un bozzolo protettivo, filtrando i raggi cosmici galattici", dice. "Comprendere i fenomeni fisici che governano la sua forma ci aiuterà a capire il filtro alla base".

La nuova struttura dell'eliosfera è stato scoperta per caso, mentre il team studiava i dati della Voyager 1.
La sonda è una delle due navicelle gemelle della NASA lanciate nel 1977. Nel 2012, è diventato il primo oggetto artificiale ad essere uscito dall’eliosfera per immergersi nel mezzo interstellare (anche se questa dichiarazione rimane tutt'oggi non del tutto confermata).
Mentre la sonda si avvicinava e varcava il confine, "ha fatto una serie di osservazioni bizzarre", dice Opher. Ad esempio, non ha rilevato il cambiamento netto della direzione del campo magnetico previsto dai modelli.

Nel tentativo di spiegare questi risultati imprevisti, il team stava concentrando gli studi sul "naso" dell'eliosfera piuttosto che sulla coda. "Le sonde Voyager avevano una torcia elettrica in cucina e nessuno pensava ad esplorare la soffitta", aggiunge Opher. "Studiando il comportamento del campo magnetico galattico intorno al naso dell'eliosfera, abbiamo notato che questo era molto più corto di quanto ci aspettassimo". Quando è stata lanciata una simulazione numerica più grande, che seguiva il flusso del vento solare, la forma imprevista a due code è saltata fuori.

Dati aggiuntivi sull'eliosfera arriveranno nei prossimi anni, quando anche la Voyager 2 passerà il confine per raggiungere lo spazio interstellare.

Riferimenti:
- http://phys.org/news/2015-02-view-solar-astrophysical-jets-driven.html

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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