Un flusso vorticoso di plasma che sfugge dal sole a seguito di un’espulsione di massa coronale (CME) è stato catturato in video dal Solar Orbiter dell’Agenzia Spaziale Europea e potrebbe fornire indizi vitali su come l’energia magnetica che guida il vento solare e le gigantesche eruzioni sul sole venga rilasciata. Il flusso elicoidale è stato avvistato dal Solar Orbiter il 12 ottobre 2022. È durato più di tre ore, estendendosi fino a 2 milioni di chilometri di lunghezza, trasportando plasma ed energia magnetica lontano dal sole. Solar Orbiter ha utilizzato il suo strumento Metis, che dispone di un coronografo per bloccare il bagliore del corpo del sole, permettendo a Solar Orbiter di vedere solo l’atmosfera esterna più debole del sole, chiamata corona, sia in luce visibile che ultravioletta. È la corona evanescente, piena di flussi, che possiamo vedere dalla Terra durante un’eclissi solare totale.
Le strutture elicoidali sono state catturate in video nella corona solare in precedenza, ma non sono mai state osservate in tale dettaglio o per così tanto tempo. Il modo in cui il flusso si è sviluppato sta ora offrendo agli astrofisici solari indizi su cosa guida il vento solare e le CME. I ricercatori guidati da Paolo Romano dell’Istituto Nazionale di Astrofisica presso l’Osservatorio Astrofisico di Catania in Italia hanno studiato il flusso vorticoso e lo hanno tracciato fino alla sua origine nella parte inferiore della corona. L’immagine che presentano è questa: alla base della corona, l’energia magnetica viene immagazzinata in linee di campo magnetico tese. La corona è piena di buchi, come il formaggio svizzero, dove le linee di campo magnetico sono aperte — queste si estendono nello spazio piuttosto che piegarsi di nuovo sulla superficie del sole (chiamata fotosfera) in un ciclo chiuso.
Il vento solare soffia attraverso questi buchi coronali. Si verifica un fenomeno noto come riconnessione magnetica di interscambio, che è la riconnessione magnetica (dove le linee di campo magnetico si rompono e poi si riconnettono, rilasciando energia) tra campi magnetici aperti e chiusi nella parte inferiore della corona. Gli eventi di riconnessione più potenti possono liberare abbastanza energia da produrre brillamenti solari e filamenti magnetici esplosivi che risultano in CME. Su scala minore, la riconnessione di interscambio alimenta una popolazione costante e globale di getti che iniettano energia nella corona e attraverso i buchi coronali. Questi getti energizzano onde magnetiche nel plasma solare chiamate onde di Alfvén, che a loro volta spingono il plasma intorno e attraverso i buchi coronali, nel processo espellendo materia nel vento solare che soffia attraverso quei buchi.
Quindi, dove entra in gioco il flusso vorticoso? Basandosi sulle osservazioni di Solar Orbiter e del suo partner, la Parker Solar Probe della NASA — che si avvicina così tanto al sole da immergersi effettivamente nella corona — gli astrofisici solari sono diventati convinti che la struttura magnetica del plasma in fuga da un massiccio evento di riconnessione di interscambio sia sotto forma di un “tubo di flusso contorto”. Un tubo di flusso è un tubo di energia magnetica che è eruttato in un filamento solare, che è un pizzo o canale di plasma tenuto da campi magnetici chiusi. La riconnessione di interscambio tra il filamento e le linee di campo magnetico aperte circostanti rilascia l’energia che alimenta una CME, l’espulsione risultante essendo un potente getto che esplode attraverso la corona solare e nello spazio, trascinando con sé il plasma per formare la CME. Questo tubo di flusso forma il centro luminoso di una CME. E questo è esattamente ciò che Solar Orbiter ha osservato: il tubo di flusso contorto a seguito di un potente evento di riconnessione di interscambio che ha rilasciato una gigantesca CME nello spazio.
Secondo le simulazioni al computer, la natura vorticosa del tubo di flusso è una conseguenza naturale di una riconnessione di interscambio di lunga durata. Le osservazioni di Solar Orbiter con Metis hanno rivelato di più, tuttavia. L’inclinazione, o tilt, delle caratteristiche vorticosa nel tubo di flusso in fuga diminuisce con l’altezza sopra il sole, indicando che le linee di campo magnetico stanno diventando più allineate radialmente con il sole mentre si propagano nel sistema solare. Le perturbazioni nel campo magnetico trasportate dal flusso potrebbero quindi amplificarsi mentre si spingono in profondità nello spazio. Il team di Romano specula che potrebbero essere queste perturbazioni a creare i “switchbacks” magnetici, dove la direzione del campo magnetico nel vento solare improvvisamente inverte la rotta prima di continuare in un movimento a zig-zag, come visto sia da Solar Orbiter che da Parker Solar Probe.
Per decenni, i più grandi misteri del sole — come la corona solare viene riscaldata a più di un milione di gradi Celsius, per esempio, e da dove proviene l’energia per guidare il vento solare e le CME — sono stati segreti ben custoditi. Ora che Solar Orbiter e Parker Solar Probe si stanno avvicinando al sole quanto è possibile, finalmente il sole sta rivelando i suoi più grandi enigmi. Il documento di ricerca accademica che descrive le osservazioni di Solar Orbiter del flusso vorticoso è stato pubblicato il 26 marzo su The Astrophysical Journal.