I flussi di plasma caldo all'interno del Sole creano uno schema caratteristico sulla sua superficie:la granulazione. Le regioni chiare e scure all'interno di questo modello cambiano rapidamente. La granulazione è principalmente responsabile delle variazioni di luminosità del Sole che si verificano entro meno di cinque ore. Questa immagine della granulazione è stata scattata nel 2009 dallo strumento IMaX a bordo dell'osservatorio solare su pallone aerostatico Sunrise. Credito:MPS
Il sole splende dal cielo, apparentemente calmo e immutabile. Infatti, non sempre brilla di luminosità uniforme, ma mostra attenuazioni e schiariture. Due soli fenomeni sono responsabili di queste fluttuazioni:i campi magnetici sulla superficie visibile e le gigantesche correnti di plasma, che sgorga dall'interno della stella. Un team guidato dal Max Planck Institute for Solar System Research di Göttingen riporta questo risultato nel numero di oggi di Astronomia della natura . Per la prima volta, gli scienziati sono riusciti a ricostruire le fluttuazioni di luminosità su tutte le scale temporali osservate fino ad oggi, da minuti fino a decenni. Queste nuove intuizioni non sono importanti solo per la ricerca sul clima, ma può essere applicato anche a stelle lontane. E potrebbero semplificare la futura ricerca di esopianeti.
Quando un esopianeta transita davanti alla sua stella madre, la stella si oscura brevemente. Anche da una distanza di molti anni luce, i telescopi spaziali registrano questi cambiamenti e quindi rilevano gli esopianeti. In teoria. In pratica, è più complicato, come fluttua la luminosità di molte stelle, simile a quello del Sole.
Queste fluttuazioni possono sovrapporsi ai segnali degli esopianeti di passaggio. "Però, se siamo a conoscenza dei dettagli delle fluttuazioni di luminosità intrinseche della stella, gli esopianeti possono essere rilevati con grande precisione, " afferma Alexander Shapiro del Max Planck Institute for Solar System Research.
Shapiro e i suoi colleghi hanno fatto un primo passo in questa direzione con il loro articolo attuale, con uno sguardo dettagliato a una stella speciale:il nostro Sole. Dall'inizio dell'era spaziale, numerosi veicoli spaziali hanno fornito dati dettagliati raccolti non influenzati dai disturbi causati dall'atmosfera terrestre.
Questi dati mettono seriamente in discussione qualsiasi modello che descriva le fluttuazioni della luminosità stellare:le fluttuazioni misurate possono essere ricostruite utilizzando un modello? Ed è possibile collegare le fluttuazioni alle proprietà fisiche della stella?
I campi magnetici del Sole sono responsabili delle variazioni di luminosità a lungo termine della nostra stella. Alla sua superficie, diventano evidenti sotto forma di regioni scure, cosiddette macchie solari. Credito:NASA/SDO
Una difficoltà particolare:la luminosità del nostro Sole varia su scale temporali molto diverse. Alcune fluttuazioni hanno cicli di pochi minuti; altri, che hanno un impatto sul clima a lungo termine della Terra, possono essere registrati solo dai ricercatori nel corso di decenni. Finora mancava una teoria unificata che comprendesse tutte queste scale temporali.
Il tour de force del nuovo studio sta proprio in questo punto. Dimostra che solo due fenomeni determinano la luminosità della nostra stella. Da un lato ci sono le correnti di plasma caldo che salgono dall'interno del Sole, raffreddandosi e sprofondando nuovamente nelle sue profondità. Il caldo, il materiale ascendente è più luminoso del plasma che si è già raffreddato in superficie.
In questo modo, le correnti generano una caratteristica, pattern in rapida evoluzione di aree chiare e scure, noto come granulazione. Le strutture tipiche all'interno di questa granulazione hanno una dimensione di diverse centinaia di chilometri. "La granulazione causa principalmente rapide fluttuazioni di luminosità, con tempistiche inferiori alle cinque ore, ", afferma Natalie Krivova, ricercatrice e coautrice di Max Planck.
D'altra parte, i campi magnetici variabili del Sole giocano un ruolo decisivo. Durante i periodi di alta attività, possono essere riconosciuti sulla superficie visibile della nostra stella tramite regioni scure (macchie solari) e soprattutto aree luminose (facole). Rispetto alla granulazione, entrambe le strutture sono molto grandi; alcune macchie solari possono essere individuate anche ad occhio nudo dalla Terra. Inoltre, le variazioni nel loro numero e forma sono notevolmente più lente. I cambiamenti nel campo magnetico del Sole quindi portano a fluttuazioni di luminosità su scale temporali di oltre cinque ore.
Per le loro analisi, i ricercatori hanno utilizzato i dati ottenuti dagli strumenti sulle sonde spaziali SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) e SDO (Solar Dynamics Observatory), che da anni registrano i modelli di luminosità e i campi magnetici sulla superficie del Sole. Utilizzando questi record, alcuni dei quali coprono un periodo di 19 anni di sviluppo solare, sono stati in grado di analizzare le fluttuazioni di luminosità e, a loro volta, confrontarle con i dati misurati ottenuti da PICARD e SOHO (ottenuti da un altro strumento che ha registrato il campo magnetico).
Tutte le fluttuazioni di luminosità misurate in precedenza, sia rapide che a lungo termine, possono essere riprodotte in questo modo. "I risultati del nostro studio ci mostrano che abbiamo identificato i parametri di governo nel nostro modello, " conclude Sami K. Solanki, Direttore del Max Planck Institute for Solar System Research e secondo autore dello studio. "Questo ora ci permetterà, finalmente, per modellare le fluttuazioni di luminosità di altre stelle."
