I brillamenti solari sono tra le esplosioni più violente del nostro sistema solare, ma nonostante la loro immensa energia, equivalente a cento miliardi di bombe atomiche che esplodono contemporaneamente, i fisici non sono ancora stati in grado di rispondere esattamente a come queste improvvise eruzioni solari siano in grado di lanciare particelle sulla Terra, a quasi 93 milioni di miglia di distanza, in meno di un'ora.

Ora, in uno studio pubblicato l'8 giugno su Nature , i ricercatori del New Jersey Institute of Technology (NJIT) hanno individuato il luogo preciso in cui le particelle cariche di brillamento solare vengono accelerate a velocità prossime a quelle della luce.

Le nuove scoperte, rese possibili attraverso le osservazioni di un brillamento solare di classe X nel 2017 dal radiotelescopio Expanded Owens Valley Solar Array (EOVSA) di NJIT, hanno rivelato un acceleratore di particelle altamente efficiente situato all'estremità del punto più luminoso dell'eruzione nel l'atmosfera esterna del sole, chiamata "regione della cuspide" del bagliore, dove il plasma ambientale dell'esplosione viene convertito in elettroni ad alta energia.

I ricercatori affermano che la scoperta della regione, misurata a quasi il doppio del volume della Terra, potrebbe aprire nuove porte per lo studio dei processi fondamentali dell'accelerazione delle particelle onnipresenti nell'universo.

"I risultati di questo studio aiutano a spiegare il mistero di vecchia data di come i brillamenti solari possano produrre così tanta energia in pochi secondi", ha affermato Gregory Fleishman, autore corrispondente dell'articolo e illustre professore di fisica presso il Center for Solar-Terrestrial Research del NJIT . "Il bagliore sprigiona la sua potenza in una regione del sole molto più vasta di quanto previsto dal modello classico dei bagliori solari. Sebbene altri abbiano ipotizzato che ciò debba accadere, questa è la prima volta che le dimensioni, la forma e la posizione specifiche di questa regione chiave hanno stato identificato ed è stata misurata l'efficienza della conversione di energia in accelerazione delle particelle all'interno del bagliore."

La scoperta segue studi separati del 2020 pubblicati su Scienza e Natura Astronomia , dove le istantanee dettagliate di EOVSA del bagliore e dei cambiamenti nel campo magnetico del sole, scattate a centinaia di frequenze radio contemporaneamente, hanno inizialmente fornito al team NJIT una guida sulla posizione.

"I nostri studi recenti hanno suggerito che la cuspide del bagliore potrebbe essere il luogo in cui vengono prodotti tali elettroni ad alta energia, ma non ne eravamo sicuri", ha spiegato Bin Chen, professore associato NJIT e coautore dell'articolo. "Inizialmente avevamo scoperto una struttura magnetica simile a una bottiglia nel sito che conteneva un numero schiacciante di elettroni rispetto a qualsiasi altra parte del bagliore, ma ora con le nuove misurazioni di questo studio, possiamo affermare con maggiore sicurezza che questa è la particella del bagliore acceleratore."

Utilizzando le esclusive capacità di imaging a microonde di EOVSA, il team è stato in grado di misurare lo spettro energetico degli elettroni in centinaia di posizioni di un bagliore solare di classe X innescato da una riconfigurazione delle linee del campo magnetico lungo la superficie del sole il 10 settembre 2017.

"L'imaging spettrale di EOVSA ci ha fornito una mappa completa del plasma termico del bagliore mentre si è evoluto secondo per secondo. Ma con nostra sorpresa, quello che abbiamo scoperto è stato un misterioso buco nella mappa del plasma termico che ha iniziato a svilupparsi alla cuspide del bagliore", ha detto Gelu Nita, professore di ricerca NJIT e coautore dell'articolo. "Inoltre, quando le particelle termiche nella regione sono scomparse, il buco è stato poi riempito densamente di particelle non termiche ad alta energia."

L'analisi del team ha portato alla luce un processo di conversione dell'energia incredibilmente efficiente all'interno dell'acceleratore di particelle del bagliore solare, dove l'intensa energia dei campi magnetici del sole viene rapidamente rilasciata e trasferita all'energia cinetica all'interno della regione.

"Ci siamo chiesti quanto sarebbe stato efficiente questo processo di conversione dell'energia... quante particelle in quest'area sarebbero state accelerate oltre l'energia termica dell'esplosione?" ha aggiunto Sijie Yu, coautore dello studio e assistente professore di ricerca NJIT. "Usando i dati ultravioletti estremi del sole, abbiamo confermato che praticamente nessuna particella è rimasta all'interno della regione a energie termiche inferiori a qualche milione di Kelvin, coerentemente con la misurazione EOVSA secondo cui le particelle erano state tutte accelerate a energie non termiche superiori a 20 keV, o quasi 100 milioni di Kelvin."

Il team ora afferma che queste ultime scoperte potrebbero aiutare gli scienziati a studiare questioni fondamentali nella fisica delle particelle che non sono possibili sulla Terra, oltre a offrire nuove informazioni su come tali particelle ad alta energia provenienti dal sole potrebbero avere un impatto sulla Terra durante futuri eventi meteorologici spaziali.

"Un aspetto importante di questo studio è che dirige l'attenzione dei teorici sul luogo preciso in cui si verifica la maggior parte del rilascio di energia e dell'accelerazione delle particelle e fornisce misurazioni quantitative per guidare i modelli numerici", afferma Dale Gary, illustre professore e direttore di NJIT EOVSA. "However, to extend our measurements to much broader flare regions and weaker but more frequent flare events, we are developing a next-generation, solar-dedicated radio array called the Frequency Agile Solar Radiotelescope, which will be at least 10 times larger and orders of magnitude more powerful."

"We still want to investigate the physical mechanism driving particle acceleration in solar flares. But future studies must account for what we now know about these enormous explosions—both the main energy release at the cusp region and the 100% efficiency at which charged particle acceleration occurs," said Fleishman. "These findings call for a major revision to the models we use to study solar flares and their impact on Earth." + Esplora ulteriormente

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