La temperatura degli elettroni in un plasma creato in laboratorio ha raggiunto circa 820.000 °C quando il materiale di partenza aveva una superficie ondulata: quasi il doppio rispetto all’esperimento di confronto, condotto con un bersaglio piatto. Il risultato indica che alcune strutture del plasma possono avvicinare campi magnetici e favorire la trasformazione dell’energia magnetica in calore, un processo che potrebbe contribuire a spiegare perché la corona del Sole supera il milione di gradi Celsius, mentre la superficie visibile è a circa 5.500 °C.
La ricerca, pubblicata su Physical Review Letters, è stata condotta da un gruppo che comprendeva Wei Sun, dell’Istituto cinese per l’energia atomica, e Yongli Ping, dell’Università Normale di Pechino. Gli scienziati volevano studiare come possano iniziare piccoli rilasci di energia sul Sole. Secondo un’ipotesi, innumerevoli eruzioni di piccola scala, chiamate nanoflares, contribuirebbero insieme a mantenere calda la corona, l’atmosfera esterna del Sole.
NASA’s Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio/SDO Science Team/Virtual Solar Observatory
Il Sole è composto da plasma, uno stato della materia formato da particelle elettricamente cariche e attraversato da campi magnetici. Quando campi orientati in direzioni opposte si incontrano e cambiano le proprie connessioni, l’energia magnetica accumulata può liberarsi e riscaldare le particelle: il fenomeno è chiamato riconnessione magnetica.
Per osservare come i campi potessero avvicinarsi, i ricercatori hanno usato l’impianto laser Shenguang-II di Shanghai. Quattro fasci laser sovrapposti, ciascuno con impulsi della durata di un miliardesimo di secondo, hanno colpito un bersaglio di plastica dalla superficie finemente ondulata, trasformandone il materiale in plasma. Espandendosi nell’aria circostante, molto meno densa, e rallentando, le ondulazioni al confine si sono sviluppate in strutture simili a dita e funghi. La formazione di queste strutture è nota come instabilità di Rayleigh-Taylor.
NASA’s Goddard Space Flight Center/Scientific Visualization Studio
Il plasma ha generato campi magnetici attorno alle strutture a forma di dita; quelli delle strutture vicine avevano direzioni opposte. Le simulazioni al computer hanno mostrato che, espandendosi, le strutture avvicinavano i campi, permettendo loro di riconnettersi e riscaldare il plasma circostante.
Per il confronto, il gruppo ha ripetuto la prova con un bersaglio di plastica piatto. Il flusso del plasma è risultato più uniforme e non si sono formate strutture a forma di dita. Analizzando i raggi X emessi dal plasma, i ricercatori hanno stimato la temperatura degli elettroni, le particelle con carica negativa che lo compongono. Con il bersaglio ondulato la temperatura massima è arrivata a circa 820.000 °C; con quello piatto è stata circa la metà.
In una simulazione separata, impedendo la formazione dei campi magnetici, il riscaldamento aggiuntivo è quasi scomparso. Questo risultato rafforza l’ipotesi che i campi abbiano avuto un ruolo nell’aumento della temperatura osservato nell’esperimento, che ha dimostrato un processo in laboratorio.
Sul Sole, condizioni potenzialmente simili potrebbero verificarsi quando plasma relativamente freddo e denso precipita attraverso l’atmosfera circostante. Questo fenomeno, chiamato pioggia coronale, potrebbe creare zone di confine in cui si sviluppa l’instabilità. L’esperimento offre così un modo per studiare processi troppo piccoli e rapidi per essere osservati chiaramente sul Sole, verificando quali condizioni avvicinano i campi magnetici e con quale efficienza l’energia liberata riscalda il plasma. Per approfondire le osservazioni dei campi magnetici solari, si veda la mappatura dei campi magnetici nella corona solare.
Il plasma prodotto in laboratorio era però molto più denso e il processo si è svolto in tempi molto più brevi rispetto alle nanoflares solari. I ricercatori hanno confrontato alcuni rapporti fisici fondamentali per valutare quali aspetti dei risultati possano applicarsi alla corona, ma l’esperimento non ha riprodotto l’intero processo con cui il Sole accumula energia magnetica. I risultati sostengono quindi un meccanismo che potrebbe contribuire al riscaldamento della corona, ma non stabiliscono quanto spesso si verifichi sul Sole né quanta parte del calore produca: per chiarirlo serviranno ulteriori osservazioni ed esperimenti.
Fonte: sciencealert.com
