Un fenomeno rilevato per la prima volta nel vento solare può aiutare a risolvere un mistero di vecchia data sul sole:perché l'atmosfera solare è milioni di gradi più calda della superficie.

Immagini dallo spettrografo di imaging della regione dell'interfaccia in orbita intorno alla Terra, alias IRIS, e l'Assemblea di imaging atmosferica, alias AIA, mostrano prove che i circuiti magnetici bassi sono riscaldati a milioni di gradi Kelvin.

Ricercatori della Rice University, l'Università del Colorado Boulder e il Marshall Space Flight Center della NASA sostengono che gli ioni più pesanti, come il silicio, sono preferenzialmente riscaldati sia nel vento solare che nella regione di transizione tra la cromosfera solare e la corona.

Là, loop di plasma magnetizzato arco continuo, non diversamente dai loro cugini nella corona sopra. Sono molto più piccoli e difficili da analizzare, ma è stato a lungo pensato che ospitasse il meccanismo azionato magneticamente che rilascia esplosioni di energia sotto forma di nanoflares.

Il fisico solare di Rice Stephen Bradshaw e i suoi colleghi erano tra coloro che lo sospettavano, ma nessuno aveva prove sufficienti prima di IRIS.

Lo spettrometro ad alta quota è stato costruito appositamente per osservare la regione di transizione. Nello studio finanziato dalla NASA, che appare in Astronomia della natura , i ricercatori descrivono "illuminazioni" nei circuiti di riconnessione che contengono forti firme spettrali di ossigeno e, specialmente, ioni di silicio più pesanti.

La squadra di Bradshaw, il suo ex studente e autore principale Shah Mohammad Bahauddin, ora membro della facoltà di ricerca presso il Laboratory for Atmospheric and Space Physics in Colorado, e l'astrofisica della NASA Amy Winebarger hanno studiato le immagini IRIS in grado di risolvere i dettagli di questi anelli della regione di transizione e rilevare sacche di plasma super caldo. Le immagini consentono loro di analizzare i movimenti e le temperature degli ioni all'interno dei loop tramite la luce che emettono, letti come righe spettrali che fungono da "impronte digitali" chimiche.

"È nelle linee di emissione dove è impressa tutta la fisica, "disse Bradshaw, professore associato di fisica e astronomia. "L'idea era di imparare come vengono riscaldate queste minuscole strutture e sperare di dire qualcosa su come viene riscaldata la corona stessa. Questo potrebbe essere un meccanismo onnipresente che opera in tutta l'atmosfera solare".

Le immagini hanno rivelato spettri hot-spot in cui le linee sono state ampliate da effetti termici e Doppler, indicando non solo gli elementi coinvolti nei nanoflares ma anche le loro temperature e velocità.

Nei punti caldi, hanno scoperto che i getti di riconnessione contenenti ioni di silicio si sono spostati verso (spostati verso il blu) e lontano (spostati verso il rosso) dall'osservatore (IRIS) a velocità fino a 100 chilometri al secondo. Nessuno spostamento Doppler è stato rilevato per gli ioni di ossigeno più leggeri.

I ricercatori hanno studiato due componenti del meccanismo:come l'energia esce dal campo magnetico, e poi come riscalda effettivamente il plasma.

La regione di transizione è solo di circa 10, 000 gradi Fahrenheit, ma la convezione sulla superficie del sole colpisce le anse, attorcigliando e intrecciando i sottili fili magnetici che li compongono, e aggiunge energia ai campi magnetici che alla fine riscaldano il plasma, ha detto Bradshaw. "Le osservazioni di IRIS hanno mostrato che il processo è in atto e siamo ragionevolmente sicuri che almeno una risposta alla prima parte sia attraverso la riconnessione magnetica, di cui i getti sono una firma chiave, " Egli ha detto.

In quel processo, i campi magnetici dei fili di plasma si rompono e si riconnettono nei siti di intreccio in stati di energia inferiore, liberando energia magnetica immagazzinata. Dove questo avviene, il plasma si surriscalda.

Ma il modo in cui il plasma viene riscaldato dall'energia magnetica rilasciata è rimasto un enigma fino ad ora. "Abbiamo esaminato le regioni in queste piccole strutture ad anello in cui stava avvenendo la riconnessione e misurato le linee di emissione degli ioni, principalmente silicio e ossigeno, " ha detto. "Abbiamo scoperto che le righe spettrali degli ioni di silicio erano molto più ampie dell'ossigeno".

Ciò indicava un riscaldamento preferenziale degli ioni di silicio. "Avevamo bisogno di spiegarlo, "Ha detto Bradshaw. "Abbiamo dato un'occhiata e una riflessione e si scopre che c'è un processo cinetico chiamato riscaldamento ciclotrone ionico che favorisce il riscaldamento di ioni pesanti rispetto a quelli più leggeri".

Ha detto che le onde di ciclotrone di ioni sono generate nei siti di riconnessione. Le onde trasportate dagli ioni più pesanti sono più suscettibili a un'instabilità che provoca la "rottura" delle onde e generano turbolenza, che disperde ed energizza gli ioni. Questo allarga le loro linee spettrali oltre quanto ci si aspetterebbe dalla sola temperatura locale del plasma. Nel caso degli ioni più leggeri, potrebbe essere rimasta energia insufficiente per riscaldarli. "Altrimenti, non superano la velocità critica necessaria per innescare l'instabilità, che è più veloce per gli ioni più leggeri, " Egli ha detto.

"Nel vento solare, gli ioni più pesanti sono significativamente più caldi degli ioni più leggeri, " Bradshaw ha detto. "Questo è stato definitivamente misurato. Il nostro studio mostra per la prima volta che questa è anche una proprietà della regione di transizione, e potrebbe quindi persistere in tutta l'atmosfera a causa del meccanismo che abbiamo identificato, compreso il riscaldamento della corona solare, soprattutto perché il vento solare è una manifestazione della corona che si espande nello spazio interplanetario".

La prossima domanda, Bahauddin ha detto, è se tali fenomeni si verificano alla stessa velocità in tutto il sole. "Molto probabilmente la risposta è no, " ha detto. "Allora la domanda è, quanto contribuiscono al problema del riscaldamento coronale? Possono fornire energia sufficiente all'atmosfera superiore in modo che possa mantenere una corona multimilionaria?

"Quello che abbiamo mostrato per la regione di transizione è stata una soluzione per un pezzo importante del puzzle, ma il quadro generale richiede più pezzi per cadere nel posto giusto, " Bahauddin said. "I believe IRIS will be able to tell us about the chromospheric pieces in the near future. That will help us build a unified and global theory of the sun's atmosphere."