La Queen Mary University di Londra ha condotto uno studio che descrive la prima misurazione diretta di come l'energia viene trasferita dai campi elettromagnetici caotici nello spazio alle particelle che compongono il vento solare, portando al riscaldamento dello spazio interplanetario.

Lo studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura e realizzato con l'Università dell'Arizona e l'Università dell'Iowa, mostra che un processo noto come smorzamento di Landau è responsabile del trasferimento di energia dalla turbolenza elettromagnetica del plasma nello spazio agli elettroni nel vento solare, provocando la loro energizzazione.

Questo processo, prende il nome dal fisico vincitore del premio Nobel Lev Landau (1908-1968), si verifica quando un'onda viaggia attraverso un plasma e le particelle di plasma che viaggiano a una velocità simile assorbono questa energia, portando ad una riduzione di energia (smorzamento) dell'onda.

Sebbene questo processo fosse stato misurato in precedenza in alcune semplici situazioni, non si sapeva se avrebbe ancora operato nei plasmi altamente turbolenti e complessi che si verificano naturalmente nello spazio, o se ci sarebbe un processo completamente diverso.

In tutto l'universo, la materia è in uno stato di plasma energizzato a temperature molto più alte del previsto. Per esempio, la corona solare è centinaia di volte più calda della superficie del Sole, un mistero che gli scienziati stanno ancora cercando di capire.

È anche fondamentale comprendere il riscaldamento di molti altri plasmi astrofisici, come il mezzo interstellare e i dischi di plasma che circondano i buchi neri, per spiegare alcuni dei comportamenti estremi mostrati in questi ambienti.

Essere in grado di effettuare misurazioni dirette dei meccanismi di energizzazione del plasma in azione nel vento solare (come mostrato per la prima volta in questo documento) aiuterà gli scienziati a comprendere numerose questioni aperte, come questi, sull'universo.

I ricercatori lo hanno scoperto utilizzando nuove misurazioni ad alta risoluzione dal veicolo spaziale Magnetospheric Multi-Scale (MMS) della NASA (lanciato di recente nel 2015), insieme a una tecnica di analisi dei dati di nuova concezione (la tecnica di correlazione campo-particella).

Il vento solare è il flusso di particelle cariche (cioè, plasma) che proviene dal Sole e riempie tutto il nostro sistema solare, e il veicolo spaziale MMS si trova nel vento solare misurando i campi e le particelle al suo interno mentre scorre oltre.

L'autore principale Dr. Christopher Chen, della Queen Mary University di Londra, disse:"Il plasma è di gran lunga la forma più abbondante di materia visibile nell'universo, ed è spesso in uno stato altamente dinamico e apparentemente caotico noto come turbolenza. Questa turbolenza trasferisce energia alle particelle nel plasma portando a riscaldamento ed eccitazione, rendendo la turbolenza e il relativo riscaldamento fenomeni molto diffusi in natura.

"In questo studio, abbiamo effettuato la prima misurazione diretta dei processi coinvolti nel riscaldamento turbolento in un plasma astrofisico naturale. Abbiamo anche verificato la nuova tecnica di analisi come uno strumento che può essere utilizzato per sondare l'energizzazione del plasma e che può essere utilizzato in una serie di studi di follow-up su diversi aspetti del comportamento del plasma".

Il professor Greg Howes dell'Università dell'Iowa, che ha co-ideato questa nuova tecnica di analisi, ha detto:"Nel processo di smorzamento Landau, il campo elettrico associato alle onde che si muovono attraverso il plasma può accelerare gli elettroni che si muovono con la giusta velocità insieme all'onda, analogo a un surfista che prende un'onda. Questa prima applicazione osservativa di successo della tecnica di correlazione delle particelle di campo dimostra la sua promessa di rispondere a domande fondamentali sul comportamento e l'evoluzione dei plasmi spaziali, come il riscaldamento della corona solare".

Questo documento apre anche la strada alla tecnica da utilizzare in future missioni in altre aree del sistema solare, come la sonda solare Parker della NASA (lanciata nel 2018) che sta iniziando a esplorare per la prima volta la corona solare e l'ambiente del plasma vicino al Sole.