Come Paint e un altoparlante potrebbero spiegare la fisica dei getti di plasma del sole

Il Sole è ricoperto da getti di plasma ultra-caldi creati da particelle caricate elettricamente, e ora gli scienziati hanno scoperto di più su come questi getti (o spicole) vengono creati e spinti nell’atmosfera della stella.

Attraverso una serie di esperimenti e modelli di laboratorio, un nuovo studio co-guidato dall’astrofisico Piyali Chatterjee dell’Indian Institute of Astrophysics (IIA) descrive le spicole come come gocce di vernice che rimbalzano sulla superficie di un altoparlante mentre la musica suona.

È un’analogia piuttosto insolita, ma la fisica sottostante sembra essere la stessa.

Quando un liquido viene posizionato sopra un altoparlante che emette l’audio, diventa instabile e inizia a vibrare al di sopra di una certa frequenza. Se quel liquido è composto da quelle che sono note come lunghe catene polimeriche – pensa ad esempio alla vernice o allo shampoo – il liquido viene sparato lontano dall’altoparlante in getti allungati.

Getti di vernice causati dalle vibrazioni. (Dey et al., Fisica della natura2022)

Lo stesso processo potrebbe benissimo verificarsi al di sopra del Sole, affermano gli autori dello studio. Tuttavia, non è il battito pulsante di una linea di basso a produrre le spicole, ma piuttosto il campo magnetico generato dalle correnti elettriche all’interno del Sole.

“Spingiti dalla somiglianza visiva tra le spicole solari e i getti di vernice sull’altoparlante, abbiamo studiato i ruoli dei campi magnetici sul Sole utilizzando simulazioni numeriche all’avanguardia del plasma solare”, afferma il fisico sperimentale Murthy OVSN dell’Università Azim Premji in India.

Allo stesso modo in cui le catene polimeriche mantengono stabili i getti di vernice sopra un altoparlante, il campo magnetico attorno al Sole può mantenere i getti di plasma abbastanza stabili da sparare in una particolare direzione lontano dalla stella.

Tecnicamente parlando, entrambi i sistemi sono anisotropi, in cui le proprietà di qualcosa cambiano a seconda della direzione in cui sta viaggiando, anche se i ricercatori sottolineano che ci sono anche differenze significative, non ultimo nella scala.

“Le simulazioni sono state in grado di riprodurre una foresta di jet perché hanno esplorato una gamma di parametri più realistica rispetto agli studi precedenti”, spiega Chatterjee.

La nuova ricerca sfida il consenso esistente sul fatto che la fisica dietro le spicole solari corte sia diversa dalla fisica dietro le spicole solari più lunghe (e più veloci). Entrambi potrebbero infatti essere creati dalle stesse forze di convezione nel plasma appena sotto la superficie solare visibile (la fotosfera).

“Il plasma solare può essere immaginato come percorso da linee di campo magnetico, proprio come le lunghe catene nelle soluzioni polimeriche”, afferma l’astrofisico Sahel Dey, anche lui dell’IIA.

Stranamente, la cromosfera del Sole (la metà dei tre strati dell’atmosfera) è più calda della superficie. Gli scienziati pensano che le spicole di plasma potrebbero essere uno dei motivi, quindi questa scoperta potrebbe aiutare a spiegare più di un mistero solare.

Le spicole possono sparare fino a 12.000 chilometri (7.456 miglia) di distanza dal Sole prima di essere riportate indietro dalla gravità e possono estendersi fino a una larghezza di 1.100 chilometri (684 miglia). C’è molta varietà, ma queste variazioni sono state spiegate negli esperimenti e nella modellazione fatti in questo studio.

Si stima che ci siano circa 3 milioni di spicole sopra il Sole in un dato momento e la ricerca continua su come vengono generate esattamente. Ottenere più risposte richiederà la collaborazione tra scienziati di diversi campi.

“Questo romanzo che riunisce astronomi solari e sperimentatori della materia condensata è stato in grado di rivelare la causa alla base delle spicole solari poco conosciute”, afferma Annapurni Subramaniam, direttrice dell’IIA, che non è stata direttamente coinvolta nello studio.

“Il potere di unificare la fisica che collega fenomeni fisicamente disparati si rivelerà la forza trainante di una collaborazione molto più interdisciplinare”.

La ricerca è stata pubblicata in Fisica della natura.

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