Gli scienziati hanno simulato le eruzioni solari e la successiva accelerazione delle particelle cariche nella corona solare con simulazioni di supercomputer all'avanguardia. Hanno scoperto che il meccanismo di accelerazione richiede condizioni specifiche nel vento solare. Il vento solare è un flusso continuo di particelle cariche provenienti dal Sole.
Quando la velocità del vento solare è compresa tra circa 500 e 650 chilometri (310 e 404 miglia) al secondo e ci sono ampie aree del Sole con forti campi magnetici che colpiscono la superficie, le condizioni sono giuste affinché il meccanismo di accelerazione inizi a funzionare.
Le osservazioni degli scienziati potrebbero portare allo sviluppo di nuovi modelli meteorologici spaziali in grado di prevedere le radiazioni spaziali dannose con tempi sufficienti per proteggere gli astronauti che lavorano al di fuori dello scudo magnetico della Terra. Le radiazioni spaziali rappresentano un grave pericolo per la salute degli astronauti e rappresentano una sfida significativa per le missioni umane sulla Luna e su Marte.
I risultati del gruppo di ricerca sono stati pubblicati sulla rivista _Physical Review Letters_.
"Quando gli astronauti viaggiano al di fuori della magnetosfera protettiva della Terra, sono esposti ad alti livelli di radiazioni spaziali", ha affermato il dottor Vassilis Angelopoulos, professore universitario distinto alumni presso il Dipartimento di Fisica della NC State e autore corrispondente dello studio. "Gran parte di questa radiazione assume la forma di protoni altamente energetici. Tuttavia, nonostante decenni di ricerca, non comprendiamo ancora appieno i meccanismi fisici che accelerano questi protoni a energie così elevate."
Gli astrofisici ritengono che l'accelerazione probabilmente avvenga nella corona solare, l'atmosfera esterna del Sole, e che debba avvenire per fasi perché nessun singolo processo può accelerare i protoni verso le energie osservate vicino alla Terra. Lo scenario prevalente è che i protoni guadagnino una quantità significativa di energia molto vicino al Sole attraverso la riconnessione delle linee del campo magnetico – un processo chiamato riconnessione magnetica – e vengano poi ulteriormente accelerati da un meccanismo ancora sconosciuto da qualche parte nell’eliosfera interna. la regione tra il Sole e la Terra.
Le osservazioni mostrano che questi eventi energetici sembrano essere associati alle eruzioni solari che coinvolgono le cosiddette espulsioni di massa coronale (CME). Tuttavia, le CME sono anche fenomeni onnipresenti che si verificano continuamente, ma pochissimi di essi – solo circa l’1% – finiscono per produrre radiazioni pericolose.
"Ciò dimostra che le ECM da sole non possono essere responsabili dell'accelerazione", ha affermato Angelopoulos. "Deve esserci qualcosa di più; alcune condizioni specifiche che portano all'avvio del processo di accelerazione delle particelle."
Allora, quali sono queste condizioni specifiche?
Il gruppo di ricerca ha eseguito una vasta serie di simulazioni basate sulla fisica con modelli di supercomputer all’avanguardia di eruzioni solari, comprese le CME. Hanno scoperto che l’accelerazione dei protoni ad alta energia inizia quando il vento solare si trova a uno specifico intervallo di velocità e ci sono ampie regioni del Sole con forti campi magnetici che penetrano attraverso la superficie solare.
"La corona solare è piena di campi magnetici e sospettavamo da tempo che i campi magnetici svolgano un ruolo critico nel processo di accelerazione", ha affermato il dottor Xiaowei Wang, ex ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica della NC State e autore principale dello studio. la carta. "Ma i campi magnetici devono essere strutturati proprio nel modo giusto, come una molla completamente distesa davanti al Sole. Le nostre simulazioni numeriche mostrano che quando si verificano queste condizioni, il terreno è pronto per la generazione di protoni ad alta energia."
Quando sono presenti condizioni così favorevoli, la riconnessione magnetica può diventare molto veloce. Questo, a sua volta, può ristrutturare rapidamente i campi magnetici in modo tale che i campi elettrici accelerino i protoni ad alte energie.
I modelli meteorologici spaziali possono potenzialmente prevedere il verificarsi e i tempi di arrivo di eventi di protoni ad alta energia sulla Terra se possono fornire informazioni sulle condizioni del vento solare e sulla struttura del campo magnetico su larga scala sul Sole. Sviluppare modelli meteorologici spaziali con questa capacità è impegnativo ma fattibile, e la ricerca nel gruppo di Angelopoulos continua in quella direzione.
