Un team di fisici solari guidati da Laurent Gizon del Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) e dell'Università di Göttingen in Germania ha riportato la scoperta di oscillazioni globali del Sole con periodi molto lunghi, paragonabile al periodo di rotazione solare di 27 giorni. Le oscillazioni si manifestano sulla superficie solare come movimenti vorticosi con velocità dell'ordine di 5 chilometri orari. Questi movimenti sono stati misurati analizzando 10 anni di osservazioni dal Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA. Utilizzando modelli di computer, gli scienziati hanno dimostrato che le oscillazioni appena scoperte sono modi risonanti e devono la loro esistenza alla rotazione differenziale del Sole. Le oscillazioni aiuteranno a stabilire nuovi modi per sondare l'interno del Sole e ottenere informazioni sulla struttura e sulle dinamiche interne della nostra stella. Gli scienziati descrivono le loro scoperte in una lettera che apparirà oggi sulla rivista Astronomia e astrofisica .

Negli anni '60 furono scoperte le note musicali acute del Sole:il Sole suona come una campana. Milioni di modi di oscillazioni acustiche con brevi periodi, vicino a 5 minuti, sono eccitati dalla turbolenza convettiva vicino alla superficie solare e sono intrappolati nell'interno solare. Queste oscillazioni di 5 minuti sono state osservate continuamente da telescopi terrestri e osservatori spaziali dalla metà degli anni '90 e sono state utilizzate con grande successo dagli eliosismologi per conoscere la struttura interna e la dinamica della nostra stella, proprio come i sismologi apprendono l'interno della Terra studiando i terremoti. Uno dei trionfi dell'eliosismologia è quello di aver mappato la rotazione del Sole in funzione della profondità e della latitudine (la rotazione differenziale solare).

Oltre alle oscillazioni di 5 minuti, si prevedeva che oscillazioni di periodo molto più lungo esistessero nelle stelle più di 40 anni fa, ma non era stato identificato sul Sole fino ad ora. "Le oscillazioni di lungo periodo dipendono dalla rotazione del Sole; non sono di natura acustica, "dice Laurent Gizon, autore principale del nuovo studio e direttore del MPS. "Il rilevamento delle oscillazioni a lungo periodo del Sole richiede misurazioni dei movimenti orizzontali sulla superficie del Sole per molti anni. Le osservazioni continue dall'Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) a bordo dell'SDO sono perfette per questo scopo".

Il team ha osservato molte decine di modalità di oscillazione, ciascuno con il proprio periodo di oscillazione e dipendenza spaziale. Alcuni modi di oscillazione hanno velocità massima ai poli, alcuni alle medie latitudini, e alcuni vicino all'equatore. I modi con velocità massima vicino all'equatore sono modi di Rossby, che il team aveva già identificato nel 2018. "Le oscillazioni di lungo periodo si manifestano come movimenti vorticosi molto lenti sulla superficie del Sole con velocità di circa 5 chilometri all'ora, circa quanto velocemente una persona cammina, " dice Zhi-Chao Liang di MPS. Kiran Jain di NSO, insieme a B. Lekshmi e Bastian Proxauf di MPS, confermato i risultati con i dati del Global Oscillation Network Group (GONG), una rete di sei osservatori solari negli Stati Uniti, Australia, India, Spagna, e Cile.

Per identificare la natura di queste oscillazioni, il team ha confrontato i dati osservativi con i modelli informatici. "I modelli ci permettono di guardare all'interno del Sole e determinare l'intera struttura tridimensionale delle oscillazioni, " spiega lo studente laureato MPS Yuto Bekki. Per ottenere le oscillazioni del modello, il team ha iniziato con un modello della struttura del Sole e della rotazione differenziale dedotto dall'eliosismologia. Inoltre, la forza della spinta convettiva negli strati superiori, e l'ampiezza dei moti turbolenti è considerata nel modello. Le oscillazioni libere del modello si trovano considerando perturbazioni di piccola ampiezza al modello solare. Le velocità corrispondenti in superficie sono una buona corrispondenza con le oscillazioni osservate e hanno permesso al team di identificare le modalità.

"Tutte queste nuove oscillazioni che osserviamo sul Sole sono fortemente influenzate dalla rotazione differenziale del Sole, " dice lo scienziato di MPS Damien Fournier. La dipendenza della rotazione solare con la latitudine determina dove i modi hanno ampiezze massime. "Le oscillazioni sono anche sensibili alle proprietà dell'interno del Sole:in particolare alla forza dei moti turbolenti e alla relativa viscosità di il mezzo solare, oltre che alla forza della guida convettiva, " dice Robert Cameron di MPS. Questa sensibilità è forte alla base della zona di convezione, circa duecentomila chilometri sotto la superficie solare. "Proprio come stiamo usando le oscillazioni acustiche per conoscere la velocità del suono nell'interno solare con l'eliosismologia, possiamo usare le oscillazioni di lungo periodo per conoscere i processi turbolenti, " Aggiunge.

"La scoperta di un nuovo tipo di oscillazioni solari è molto eccitante perché ci permette di dedurre proprietà, come la forza della guida convettiva, che alla fine controllano la dinamo solare, " afferma Laurent Gizon. Il potenziale diagnostico delle modalità a lungo periodo sarà pienamente realizzato nei prossimi anni utilizzando un nuovo modello computerizzato a esascala sviluppato nell'ambito del progetto WHOLESUN, sostenuto da un Synergy Grant 2018 del Consiglio europeo della ricerca.