L’Unical propone notte stellata di Van Gogh: a dipingerla però è il vento solare

L’Unical propone notte stellata di Van Gogh: a dipingerla però è il vento solare

Riceviamo e pubblichiamo – Cosenza (CS) – Cosa accade quando il vento solare investe la Terra? Un team di ricercatori dell’Unical, gruppo di Astrofisica Geofisica e Fisica dei plasmi, ha messo a punto un modello matematico che aiuta a comprendere meglio l’interazione tra il gas interplanetario e il campo magnetico terrestre. Lo ‘scontro’ determina uno shock – un’onda d’urto, come quelle che si generano ad esempio quando un aereo supera la barriera del suono – e ciò che si osserva appare molto simile alla Notte stellata di Van Gogh.

È la prima volta che il fenomeno viene studiato così nel dettaglio: lo studio è stato pubblicato sulla rivista Pnas ed è diventato l’articolo di copertina. La ricerca è firmata da Domenico Trotta, Francesco Valentini, Sergio Servidio (Università della Calabria) e da David Burgess (Queen Mary University London) e ha diverse applicazioni nel campo dell’astrofisica.

«Siamo abituati a osservare nella vita di tutti i giorni fenomeni di turbolenza, che interessano fluidi e che richiamano i vortici dell’opera di Van Gogh. Li osserviamo in mare, nei fiumi, nella tazzina del nostro caffè. Nello spazio interplanetario, però, la storia è più complicata di quello che vediamo qui sulla terra, nei fluidi classici» spiegano Trotta, Valentini e Servidio.

Gli oggetti astrofisici sono immersi in un fluido molto complesso: il plasma, uno stato della materia altamente ionizzato e particolarmente sensibile ai campi elettrici e magnetici.  Dalla corona solare fino ai sistemi più estesi dell’universo, come gli ammassi di galassie, la stragrande maggioranza della materia osservabile è nello stato di plasma.

Spesso i plasmi astrofisici raggiungono alte velocità, in analogia con i fluidi, innescando vere e proprie onde d’urto (shock). La storia quindi si complica ulteriormente, perché abbiamo ora un plasma, immerso in uno shock, che interagisce con “un mare di strutture vorticose” create dalla turbolenza.

Ma cosa accade in questo caso? «Le osservazioni – continuano i ricercatori – suggeriscono che ci siano dei fenomeni di accelerazione estrema agli shock, dove le particelle subiscono anche l’effetto della turbolenza e arrivano ad energie impensabili. Da questo punto di vista, rispetto ad un fluido, la cosiddetta turbolenza di plasma è più complessa, imprevedibile e, nonostante gli anni di ricerca, meno compresa».

Gli esempi di queste interazioni tra shock, plasmi e turbolenza sono numerosi. È il caso, ad esempio, proprio del nostro pianeta, che rappresenta un ostacolo per il plasma emesso dal sole. Il vento solare turbolento è costretto dalla presenza della magnetosfera terrestre ad arrestare la sua corsa in corrispondenza della Terra. Essendo questo flusso supersonico, all’interfaccia con la magnetosfera si viene a creare uno shock che marca la frenata del vento solare prima del pianeta (bow shock terrestre). Altri famosi shock non-collisionali sono quelli che risultano dall’interazione tra esplosioni di supernova e il mezzo interstellare turbolento. Le supernove sono ritenute le fucine principali di raggi cosmici ad altissima energia. In tutti questi casi, la turbolenza gioca un ruolo fondamentale per la produzione di particelle energetiche, come già intuito nei primi brillanti lavori di Enrico Fermi, nel 1949.

Per diverse ragioni, shock e turbolenza sono spesso considerati su linee di ricerca parallele. Lo studio della loro interazione, complessa e spettacolare, rappresenta un’importante frontiera per capire come le particelle energetiche nascono e come influenzano l’ambiente in cui si propagano. Data la complessità teorica del problema e l’incompleta mole di dati a disposizione, molte domande scientifiche restano aperte.

I ricercatori hanno studiato l’interazione tra shock e turbolenza simulando al supercomputer un plasma formato da miliardi di particelle. Il modello elaborato ha permesso di osservare l’effetto dell’accelerazione delle particelle, nell’interazione shock/turbolenza e di predirne il comportamento.

Ma la turbolenza non è uno stato totalmente random della materia, nella turbolenza ci sono strutture, onde, fluttuazioni di diversa natura e riconnessione magnetica. La turbolenza quindi non solo può accelerare ma anche decelerare, “intrappolando” le particelle, che cedono energia all’ambiente circostante. A tal riguardo, il team ha messo a punto una nuova diagnostica per identificare, in modo rapido e preciso, zone di plasma dove avvengono fenomeni di accelerazione/decelerazione o compressione/dilatazione. Utilizzando questa diagnostica, il plasma diventa un “mosaico” di zone interessanti dal punto di vista dell’energetica delle particelle. La nuova diagnostica è stata per ora applicata alle simulazioni numeriche, ma il team è già al lavoro affinché possa essere esportata a osservazioni in-situ.

La ricerca è stata condotta nell’ambito nel progetto europeo H2020 “AIDA” (Artificial Intelligence Data Analysis). Il gruppo di Astrofisica Geofisica e Fisica dei plasmi dell’Università della Calabria è affiliato INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica).

Università della Calabria