Nuovi dettagli sull'interazione dell'eliosfera con il campo magnetico interstellare

La missione IBEX della NASA potrebbe aver rivelato nuovi indizi sui meccanismi all'opera ai confini dell'eliosfera, la gigantesca bolla magnetica che avvolge il sistema solare. Poco dopo il suo lancio, nel 2008, IBEX aveva osservato una lunga e sottile regione a forma di nastro caratterizzata da una ricca popolazione di particelle dirette verso il Sole. Un po' come le gocce di pioggia su una finestra rivelano le condizioni meteorologiche esterne, questa regione ha permesso agli scienziati di sondare le aree ancora più remote.

La regione a nastro osservata da IBEX. Credits: SwRI

L'eliosfera è l'immensa bolla di vento solare - il continuo flusso di gas ionizzato, o plasma, emesso dalla nostra stella - che avvolge il sistema solare. Quando queste particelle cariche raggiungono le propaggini più esterne del sistema solare, dove l'eliosfera coccia con il mezzo interstellare, la situazione si fa più complicata. Il mezzo interstellare, il materiale che permea lo spazio tra una stella e l'altra, presenta gas neutri e plasma con velocità, densità e temperature diverse da quelle del vento solare. Questi materiali interagiscono tra di loro ai confini dell'eliosfera, formando una regione nota come elioguaina (o eliosheath) interna, delimitata all'esterno dall'eliopausa - il punto di contatto ultimo tra il vento solare e il mezzo interstellare - e all'interno dal termination shock, il punto in cui il mezzo interstellare inizia a rallentare il vento solare.

Le nuove simulazioni hanno portato i ricercatori ad ipotizzare che le particelle che entrano nel sistema solare attraverso la regione a nastro osservata da IBEX siano in realtà di origine solare. I ricercatori sospettano che queste particelle si siano scontrate contro i confini magnetici del Sole, rimbalzando e venendo reindirizzate verso la nostra stella.

L'origine di particelle a diverse energie e velocità all'esterno dell'eliopausa (HP). Credits: SwRI/Zirnstein

"Crediamo che alcuni protoni del vento solare rimbalzino indietro verso il Sole in forma di atomi neutri dopo una complessa serie di scambi di carica, creando il nastro di IBEX," spiega Eric Zirnstein del Southwest Research Institute. "Le simulazioni e le osservazioni di IBEX identificano questo processo - che richiede ovunque da tre a sei anni, in media - come la più probabile spiegazione per il nastro di IBEX."

Secondo la ricostruzione degli scienziati, alcuni dei protoni del vento solare potrebbero acquisire un elettrone nel loro lungo percorso verso i confini del sistema solare, diventando neutri e riuscendo così ad attraversare l'eliopausa. Una volta raggiunto il mezzo interstellare, alcuni potrebbero perdere l'elettrone acquisito, diventando oggetti dell'azione del campo magnetico interstellare. Poi, catturando una seconda volta un elettrone al momento e al posto giusti, sarebbero sparati indietro verso l'eliosfera. Alcuni di questi atomi neutri, infine, si scontrerebbero contro i sensori di IBEX.

"Solo Voyager 1 ha effettuato misurazioni dirette del campo magnetico interstellare in prossimità dell'eliopausa," prosegue Zirnstein. "Ma le nostre analisi forniscono una determinazione della magnitudine e della direzione del campo magnetico interstellare ancora più in là."

Le simulazioni mostrano inoltre che le particelle più energetiche provengono da un diverso settore della regione a nastro rispetto alle particelle meno energetiche. Non solo le simulazioni sono state costruite a partire dai dati raccolti da IBEX, ma, a detta degli scienziati, sono anche in accordo con le misurazioni effettuate da Voyager 1 sull'intensità del campo magnetico interstellare, sulla deviazione dei gas neutri interstellari e sulla luce polarizzata proveniente dalle stelle più lontane.

Le simulazioni hanno portato a galla anche gli errori commessi nei modelli precedenti, che si basavano solamente sulle distanze a cui Voyager 1 e 2 avevano attraversato il termination shock.

"Voyager 1 ha attraversato il termination shock a 94 unità astronomiche, mentre Voyager 2 a 84," spiega Zirnstein. "Questa differenza di quasi 1.5 miliardi di chilometri era stata spiegata mediante un campo magnetico interstellare molto intenso e inclinato che faceva pressione sull'eliosfera."

Tuttavia, le nuove simulazioni mostrano che la differenza di distanza tra le due Voyager può essere spiegata prendendo in considerazione il ciclo solare, che può portare a cambiamenti nell'intensità del vento solare e quindi portare più in qua o più in là il termination shock. Le due sonde avevano attraversato questo confine a tre anni l'una dall'altra - un lasso di tempo sufficiente, secondo gli scienziati, affinché il termination shock retrocedesse o avanzasse di 10 unità astronomiche. "Stiamo sviluppando modelli sempre più sofisticati per descrivere il vento solare in funzione del tempo," spiega Zirnstein.

"Questi nuovi risultati possono essere utilizzati per comprendere più a fondo come il nostro ambiente spaziale interagisca con l'ambiente interstellare oltre l'eliopausa," aggiunge Eric Christian della NASA. "A sua volta, comprendere quest'interazione potrebbe aiutarci a spiegare il mistero dell'origine del nastro di IBEX una volta per tutte."

Photo Credits: NASA/IBEX/Adler Planetarium