NJIT ha una reputazione di lunga data come leader nella ricerca sui fenomeni che hanno origine sulla stella più vicina alla Terra:il Sole. Il telescopio ottico del NJIT al Big Bear Solar Observatory e la schiera di radiotelescopi a Owens Valley, sia in California, hanno notevolmente ampliato la nostra comprensione degli eventi solari che hanno un impatto periodico sul nostro pianeta natale, eventi come brillamenti solari ed espulsioni di massa coronale (CME) che possono interrompere le comunicazioni terrestri e le infrastrutture energetiche oltre ad altri effetti.

Sotto gli auspici del Centro universitario per la ricerca solare-terrestre (CSTR), Gli investigatori del NJIT stanno collaborando con colleghi negli Stati Uniti e in altri paesi per acquisire una conoscenza ancora più critica della fisica solare. È una conoscenza essenziale non solo per una migliore comprensione di base del Sole, ma anche per migliorare la previsione delle esplosioni solari che minacciano le nostre tecnologie e per escogitare migliori contromisure.

Cosa c'è di più, I ricercatori del NJIT si impegnano a coinvolgere pienamente gli studenti nella ricerca di questa conoscenza:ricercatori come l'assistente professore di fisica Bin Chen, che si è unito alla facoltà NJIT nel 2016. Chen ha recentemente ricevuto una borsa di studio CARRIERA di cinque anni per un totale di oltre $ 700, 000 dalla National Science Foundation (NSF). Il programma di sviluppo della carriera precoce (CARRIERA) della Facoltà della NSF offre i premi più prestigiosi della fondazione a sostegno dei docenti più giovani che, nella costruzione della propria carriera accademica, hanno dimostrato un potenziale eccezionale sia come educatori che come ricercatori.

Chen ha completato il suo dottorato di ricerca. presso l'Università della Virginia nel 2013 con un focus sulla radioastronomia solare. Il suo dottorato consulente lo presentò al collega astronomo solare, e ora collega NJIT, Illustre professore di fisica Dale Gary. Attraverso la sua conoscenza con Gary, e l'opportunità di collaborare a un progetto di ricerca utilizzando i dati osservativi dell'Owens Valley Solar Array del NJIT, Chen ha appreso degli sforzi all'avanguardia dell'università nella fisica della radio solare. Ma prima di entrare a far parte del NJIT dopo aver ricevuto il dottorato, Chen ha aggiunto alla sua esperienza di ricerca attraverso una borsa di studio post-dottorato nell'ambito del programma Living With a Star della NASA e come astrofisico presso l'Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, dove ha lavorato a missioni spaziali dedicate principalmente alla scienza solare.

Intuizioni scioccanti

Sebbene non siano ancora compagni di facoltà presso NJIT, Chen e Gary hanno collaborato con ricercatori del National Radio Astronomy Observatory, l'Università della California, l'Università di Scienze e Arti applicate della Svizzera nordoccidentale e l'Università del Minnesota su un articolo per la rivista Science pubblicato nel 2015, "Accelerazione delle particelle da uno shock di terminazione del brillamento solare". L'articolo ha presentato dati di imaging radio che forniscono nuove informazioni su come un fenomeno noto come shock da terminazione associato ai brillamenti solari, le esplosioni più potenti del sistema solare, aiuta ad accelerare gli elettroni energetici nei brillamenti a velocità relativistiche, spingendo queste particelle nello spazio quasi alla velocità della luce.

Chen sta ora continuando questa indagine al NJIT. "Ci sono molte cose che non sappiamo sull'"interno" di queste esplosioni solari e su come rilasciano così tanta energia così rapidamente e in modo così catastrofico, "dice. "Per esempio, come viene immagazzinata l'energia e rilasciata improvvisamente, spesso in una manciata di secondi?

"L'accelerazione relativistica delle particelle che stiamo anche studiando come parte di questa ricerca è un processo che si svolge in tutto l'universo ed è un fenomeno associato a, Per esempio, le massicce esplosioni stellari note come supernovae. Il Sole è un buon posto per ricercare questo fenomeno perché la sua vicinanza in termini astronomici ci consente di acquisire un volume di dati ad alta risoluzione impossibile da ottenere osservando stelle molto più distanti".

Per le sue ricerche, Chen sta attingendo a flussi di dati radio da diverse fonti. Oltre all'osservatorio radiofonico del NJIT a Owens Valley, questi includono il Karl G. Jansky Very Large Array nel New Mexico gestito dal National Radio Astronomy Observatory e l'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array in Cile. I recenti aggiornamenti a Owens Valley lo mettono in prima linea in questa ricerca come radiotelescopio di "nuova generazione". Un altro vantaggio molto importante offerto da Owens Valley, come sottolinea Chen, è che si tratta di una struttura dedicata a tempo pieno alla ricerca solare.

Chen è uno dei pochi ricercatori alla ricerca di nuove conoscenze sul Sole sfruttando una tecnica di osservazione chiamata spettroscopia dinamica di imaging. Questa tecnica permette di catturare un'immagine del Sole ogni 50 millisecondi a più di mille frequenze, e a due diverse polarizzazioni. Questo aggiunge fino a 40, 000 immagini al secondo e terabyte di dati grezzi in un giorno che possono essere convertiti in immagini 3D con una risoluzione di gran lunga superiore a quella ottenibile in precedenza. "Questo ci dà il potenziale per imparare molto di più su ciò che sta accadendo nel cuore delle esplosioni solari, " dice Chen.

Oltre a una maggiore comprensione della fisica fondamentale coinvolta, Chen aggiunge che la sua ricerca è molto favorevole agli obiettivi della strategia e del piano d'azione nazionale per il clima spaziale degli Stati Uniti, che riflette la consapevolezza critica di come il clima spaziale generato dai fenomeni solari influenzi molti aspetti della vita e delle infrastrutture terrestri. Lui dice, "I brillamenti solari e le CME sono i principali fattori del tempo spaziale. Una migliore comprensione di questi fattori è essenziale per una migliore previsione di tali eventi e l'attuazione di misure di protezione".

Portare il sole al campus

Secondo Chen, NJIT ha un'esperienza unica nella costruzione, gestione e manutenzione di strutture dedicate all'osservazione radio del Sole. potenzialmente, per studenti, questo offre eccezionali opportunità di apprendimento alla frontiera delle molte discipline rilevanti per lo studio del Sole nello spettro radio, inclusa la familiarità pratica con le apparecchiature coinvolte. Mentre un numero limitato di studenti ha la possibilità di lavorare a Owens Valley, così come a Big Bear, la distanza e la mancanza di alloggi adeguati impediscono a molti altri di partecipare alla ricerca solare in loco. Ecco perché Chen prevede anche di utilizzare una parte del suo finanziamento CARRIERA per creare un laboratorio di radio solare nel campus di Newark.

"L'idea alla base del Solar Radio Laboratory è quella di avere una struttura nel campus con la stessa tecnologia all'avanguardia trovata a Owens Valley, solo senza antenne, " Chen spiega. "Avremo tutta l'elettronica, la tecnologia radiofonica, la capacità di data science per l'elaborazione di flussi di dati dalla California. Ciò darà agli studenti le stesse opportunità pratiche di lavorare e sperimentare con la strumentazione che NJIT ha a Owens Valley, strumentazione davvero unica negli Stati Uniti. Un altro obiettivo è utilizzarlo come banco di prova per futuri miglioramenti a Owens Valley, e per coinvolgere gli studenti nello sviluppo di tali miglioramenti."

Per Chen, un obiettivo educativo complementare è anche quello di far progredire il programma Hale COLLAborative Graduate Education (COLLAGE) in fisica solare, che commemora il nome del pioniere dell'astronomo solare americano George Ellery Hale. Ci sono pochissimi corsi di laurea in questo campo negli Stati Uniti e la facoltà e le risorse fisiche necessarie sono ampiamente distribuite tra le istituzioni educative e la geografia. Per affrontare questa situazione, Filippo Buono, Illustre professore di fisica del NJIT ed ex direttore del CSTR, propose che il NJIT si unisse all'Università del Colorado-Boulder e a diverse altre istituzioni che avevano programmi di fisica solare in quello che ora è noto come programma COLLAGE.

"COLLAGE offre a più studenti in diverse parti del paese l'accesso alle istruzioni e alle risorse che consentono loro di completare master e dottorato di ricerca in fisica solare, " Dice Chen. "Sto già lavorando con una ventina di studenti, e questo è in realtà un numero piuttosto elevato per il nostro campo. Ma non solo stiamo aumentando le opportunità di studiare fisica solare a livello universitario, stiamo imparando di più sul coordinamento delle risorse tra le scuole e sull'insegnamento efficace online, che andrà a beneficio degli studenti che vogliono studiare molte diverse materie complesse."