Il mistero del motivo per cui le comete che viaggiano attraverso lo spazio emettono emissioni di raggi X è stato risolto grazie a una nuova ricerca intrapresa da un team che includeva personale scientifico del Central Laser Facility (CLF) di STFC e RAL Space.

Gli scienziati si sono chiesti a lungo perché le comete possano irradiare raggi X, dato che i raggi X sono normalmente associati a oggetti caldi come il Sole ma le comete sono tra gli oggetti più freddi del sistema solare.

Quando le comete viaggiano attraverso il sistema solare interagiscono con la radiazione solare, il vento solare e il campo magnetico solare. Questa interazione produce un'atmosfera visibile o un coma attorno alla cometa e alla coda cometaria osservata, e in alcuni casi produce raggi X. Questi raggi X sono generati sul lato verso il Sole della cometa, dove il vento solare colpisce l'atmosfera cometaria formando un arco d'urto.

Per studiare come i raggi X possono essere emessi da una cometa, un team di scienziati di 15 istituti di ricerca ha eseguito esperimenti presso la struttura laser LULI di Parigi, dove ha replicato l'interazione del vento solare con una cometa.

Il team STFC coinvolto nel progetto è stato determinante nell'elaborazione del modello scientifico per l'interazione del vento solare con la cometa. Ciò includeva il modello teorico per la generazione della turbolenza del plasma, l'accelerazione degli elettroni dalla turbolenza e l'emissione di raggi X dagli elettroni accelerati. Il team STFC ha anche supportato un team dell'Università di Oxford nelle simulazioni numeriche e ha intrapreso la fabbricazione dell'obiettivo.

Il professor Bob Bingham del CLF ha guidato il team STFC coinvolto nel progetto e ha affermato:

"Questi risultati sperimentali sono importanti in quanto forniscono prove dirette di laboratorio che gli oggetti che si muovono attraverso plasmi magnetizzati possono essere siti di accelerazione di elettroni, una situazione molto generale in astrofisica che si verifica non solo nelle comete, ma anche nelle magnetosfere planetarie, come la nostra Terra, o anche nei resti di supernova, dove il materiale espulso si muove attraverso il gas interstellare. Gli esperimenti confermano anche i modelli teorici sviluppati dal team".

Altri membri del team STFC includevano il Dr. Raoul Trines e Chris Spindloe di CLF e la dott.ssa Ruth Bamford della struttura RAL Space di STFC.

Per il Dr. Raoul Trines di CLF il momento clou del progetto è stato riprodurre una forza della natura

"Come teorico trovo sorprendente che sia possibile replicare sensibilmente i fenomeni astrofisici in laboratorio, per testare la nostra comprensione fisica di ciò che la Natura fa".

Per gli esperimenti il ​​team di ricerca ha sparato raggi laser su un foglio di plastica, che è esploso, provocando l'espulsione di un flusso di elettroni e ioni, formando un flusso ad alta velocità di gas ionizzato (plasma) come il vento solare. Questo "flusso di plasma" ha poi avuto un impatto su una sfera solida, la cosiddetta "cometa" da laboratorio, posto a circa un centimetro di distanza dalla pellicola di plastica, assomiglia a ciò che accade quando una vera cometa passa attraverso il sistema solare. È stato scoperto che gli elettroni vengono riscaldati a circa un milione di gradi nel plasma a monte dalla turbolenza del plasma.

Questi elettroni caldi sono responsabili dell'emissione di raggi X ma solo in presenza di un campo magnetico.

Questo lavoro fa anche luce su un mistero dei raggi cosmici noto come problema dell'iniezione. È ampiamente riconosciuto che ci si aspetta che forti onde d'urto accelerino le particelle a energie molto elevate, però, richiedono una sorgente di particelle abbastanza veloce da attraversare l'urto, il problema dell'iniezione Ogni volta che le particelle attraversano l'urto acquisiscono energia. Quest'ultimo esperimento dimostra chiaramente che la turbolenza del plasma può fornire una fonte di particelle veloci che superano il problema dell'iniezione.

Dal punto di vista della scienza spaziale, questa ricerca è stata importante per comprendere meglio i meccanismi che creano i raggi cosmici. I raggi cosmici più pericolosi sono le particelle energetiche provenienti dal Sole o al di fuori del sistema solare. Possono penetrare anche pareti spesse come minuscoli proiettili e rappresentano un pericolo molto serio sia per gli astronauti che per la tecnologia dei veicoli spaziali. Miliardi di sterline possono essere a rischio a causa di Space Weather (come è noto) che danneggia i satelliti. Gli astronauti in missioni a lungo termine al di fuori della magnetosfera terrestre potrebbero ricevere dosi di radiazioni potenzialmente letali da tali particelle. Per proteggerli abbiamo bisogno di capire come viene creata questa radiazione in modo da poterla prevedere e dare avvisi o addirittura schermare contro di essa utilizzando meccanismi simili a quello che l'ha creata.

Un esperimento di laboratorio come questo ci consente di testare la nostra comprensione di come i raggi cosmici vengono accelerati a energie così elevate, in un ambiente controllato. Qualcosa che non è facile da fare direttamente nello spazio.

Il documento è stato pubblicato in Fisica della natura .