Solo le due navicelle Voyager sono mai state lì, e ci sono voluti più di 30 anni di viaggi supersonici. Si trova ben oltre l'orbita di Plutone, attraverso la fascia rocciosa di Kuiper, e avanti per quattro volte quella distanza. questo regno, segnato solo da un invisibile confine magnetico, è dove finisce lo spazio dominato dal Sole:i confini più vicini dello spazio interstellare.

In questa terra di nessuno stellare, particelle e luce diffusa dai 100 miliardi di stelle della nostra galassia si scontrano con gli antichi resti del big bang. Questa miscela, la roba tra le stelle, è noto come mezzo interstellare. I suoi contenuti registrano il lontano passato del nostro sistema solare e possono predire indizi del suo futuro.

Le misurazioni della sonda spaziale New Horizons della NASA stanno rivedendo le nostre stime di una proprietà chiave del mezzo interstellare:quanto è spesso. I risultati pubblicati oggi in Giornale Astrofisico condividere nuove osservazioni secondo cui il mezzo interstellare locale contiene circa il 40% in più di atomi di idrogeno rispetto a quanto suggerito da alcuni studi precedenti. I risultati unificano una serie di misurazioni altrimenti disparate e gettano nuova luce sul nostro vicinato nello spazio.

Sgattaiolando nella nebbia interstellare

Proprio come la Terra si muove intorno al Sole, così il nostro intero sistema solare sfreccia attraverso la Via Lattea, a velocità superiori a 50, 000 miglia orarie. Mentre navighiamo attraverso una nebbia di particelle interstellari, siamo schermati dalla bolla magnetica attorno al nostro Sole nota come eliosfera. Molti gas interstellari scorrono intorno a questa bolla, ma non tutto.

La nostra eliosfera respinge le particelle cariche, che sono guidati da campi magnetici. Ma più della metà dei gas interstellari locali sono neutri, il che significa che hanno un numero bilanciato di protoni ed elettroni. Mentre li solchiamo, i neutri interstellari filtrano attraverso, aggiungendo volume al vento solare.

"È come se stessi correndo attraverso una nebbia pesante, raccogliere l'acqua, "ha detto Eric Christian, fisico spaziale presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, MD. "Mentre corri, ti stai sporcando i vestiti e questo ti sta rallentando".

Subito dopo che quegli atomi interstellari sono andati alla deriva nella nostra eliosfera, vengono colpiti dalla luce del sole e colpiti dalle particelle del vento solare. Molti perdono i loro elettroni nel tumulto, diventando "ioni pick-up" carichi positivamente. Questa nuova popolazione di particelle, sebbene cambiato, portano con sé i segreti della nebbia al di là.

"Non abbiamo osservazioni dirette di atomi interstellari da New Horizons, ma possiamo osservare questi ioni pickup, " ha detto Pawel Swaczyna, ricercatore post-dottorato presso la Princeton University e autore principale dello studio. "Sono privati ​​di un elettrone, ma sappiamo che sono venuti da noi come atomi neutri dall'esterno dell'eliosfera."

La navicella spaziale New Horizons della NASA, lanciato nel gennaio 2006, è quello più adatto per misurarli. Ora, cinque anni dopo il suo appuntamento con Plutone, dove ha catturato le prime immagini ravvicinate del pianeta nano, oggi si avventura attraverso la fascia di Kuiper ai margini del nostro sistema solare, dove gli ioni di raccolta sono i più freschi. Il vento solare della navicella intorno a Plutone, o strumento SWAP, in grado di rilevare questi ioni pickup, distinguendoli dal normale vento solare per la loro energia molto più elevata.

La quantità di ioni di raccolta rilevata da New Horizons rivela lo spessore della nebbia che stiamo attraversando. Proprio come un jogger si bagna correndo nella nebbia più fitta, più ioni di ripresa New Horizons osserva, più densa deve essere la nebbia interstellare all'esterno.

Misure divergenti

Swaczyna ha utilizzato le misurazioni di SWAP per derivare la densità dell'idrogeno neutro allo shock di terminazione, dove il vento solare si scontra con il mezzo interstellare e rallenta bruscamente. Dopo mesi di accurati controlli e prove, il numero che hanno trovato era 0,127 particelle per centimetro cubo, o circa 120 atomi di idrogeno in uno spazio delle dimensioni di un litro di latte.

Questo risultato ha confermato uno studio del 2001 che ha utilizzato la Voyager 2, a circa 4 miliardi di miglia di distanza, per misurare quanto il vento solare avesse rallentato quando è arrivato alla navicella spaziale. Il rallentamento, in gran parte dovuto all'intervento di particelle medie interstellari, suggerito una densità di idrogeno interstellare corrispondente, circa 120 atomi di idrogeno in uno spazio delle dimensioni di un quarto.

Ma studi più recenti convergono intorno a un numero diverso. Scienziati che utilizzano i dati della missione Ulysses della NASA, da una distanza leggermente più vicina al Sole di Giove, misurato gli ioni di raccolta e stimato una densità di circa 85 atomi di idrogeno in un litro di spazio. Pochi anni dopo, uno studio diverso che combina i dati di Ulisse e Voyager ha trovato un risultato simile.

"Sai, se scopri che qualcosa di diverso dal lavoro precedente, la tendenza naturale è iniziare a cercare i propri errori, ", ha detto Swaczyn.

Ma dopo aver scavato un po', il nuovo numero cominciò a sembrare quello giusto. Le misurazioni di New Horizons si adattano meglio alle osservazioni basate su stelle lontane. Le misure di Ulisse, d'altra parte, avevano un difetto:furono resi molto più vicini al Sole, dove gli ioni pickup sono più rari e le misurazioni più incerte.

"Le osservazioni degli ioni di prelievo dell'eliosfera interna passano attraverso miliardi di miglia di filtraggio, " Christian ha detto. "Essendo la maggior parte della strada là fuori, dov'è New Horizons, fa una grande differenza".

Per quanto riguarda i risultati combinati Ulisse/Voyager, Swaczyna ha notato che uno dei numeri nel calcolo era obsoleto, 35% in meno rispetto all'attuale valore di consenso. Il ricalcolo con il valore attualmente accettato ha dato loro una corrispondenza approssimativa con le misurazioni di New Horizons e lo studio del 2001.

"Questa conferma del nostro vecchio, risultato quasi dimenticato arriva come una sorpresa, "ha detto Arik Posner, autore dello studio del 2001 presso la sede della NASA a Washington, D.C. "Pensavamo che la nostra metodologia piuttosto semplice per misurare il rallentamento del vento solare fosse stata superata da studi più sofisticati condotti da allora, ma non è così."

Una nuova disposizione del terreno

Passare da 85 atomi in un litro di latte a 120 potrebbe non sembrare molto. Eppure in una scienza basata su modelli come l'eliofisica, una modifica a un numero influisce su tutti gli altri.

La nuova stima potrebbe aiutare a spiegare uno dei più grandi misteri dell'eliofisica degli ultimi anni. Non molto tempo dopo che la missione Interstellar Boundary Explorer o IBEX della NASA ha restituito il suo primo set di dati completo, gli scienziati hanno notato una strana striscia di particelle energetiche proveniente dal bordo anteriore della nostra eliosfera. Lo chiamavano il "nastro IBEX".

"Il nastro IBEX è stata una grande sorpresa:questa struttura ai margini del nostro sistema solare larga un miliardo di miglia, 10 miliardi di miglia di lunghezza, che nessuno sapeva fosse lì, " Christian ha detto. "Ma anche se abbiamo sviluppato i modelli per il motivo per cui era lì, tutti i modelli hanno mostrato che non dovrebbe essere così brillante come è."

"La densità interstellare superiore del 40% osservata in questo studio è assolutamente critica", ha affermato David McComas, professore di scienze astrofisiche alla Princeton University, ricercatore principale per la missione IBEX della NASA e coautore dello studio. "Questo non solo mostra che il nostro Sole è incastonato in una parte molto più densa dello spazio interstellare, può anche spiegare un errore significativo nei risultati della nostra simulazione rispetto alle osservazioni effettive di IBEX".

Soprattutto, anche se, il risultato offre un quadro migliore del nostro quartiere stellare locale.

"È la prima volta che gli strumenti osservano gli ioni pickup così lontano, e la nostra immagine del mezzo interstellare locale corrisponde a quelle di altre osservazioni astronomiche, " disse Swaczyna. "È un buon segno."