Gli scienziati rilevano i valori più alti

La luce più energetica mai vista proveniente dal Sole è stata appena rilevata, creando un nuovo enigma da risolvere per i fisici solari.

Una campagna di osservazione durata 6 anni condotta da più di 30 istituzioni in Nord America, Europa e Asia ha portato al primo rilevamento in assoluto di radiazioni gamma solari nell’intervallo dei teraelettronvolt (TeV).

Ma, contrariamente a quanto ci si potrebbe aspettare, ciò non è correlato all’intensificazione dell’attività solare; o, in effetti, qualsiasi attività solare. Piuttosto, il Sole era piuttosto calmo al momento del rilevamento, e i nostri attuali modelli del Sole non riescono a spiegarlo del tutto.

Il Sole è la stella più studiata del cosmo. Abbiamo osservazioni che abbracciano l’intero spettro, dalle onde radio a bassa frequenza alla luce più energetica dell’Universo, la radiazione gamma. Nonostante tutto ciò, però, c'è molto che non sappiamo della nostra stella di casa. I dettagli sui suoi processi ci sfuggono ancora.

Sappiamo che i campi magnetici sono importanti e svolgono un ruolo cruciale in quasi tutta l’attività solare che osserviamo, ma i relativi meccanismi sono poco compresi. Studiamo la luce emessa dal Sole per cercare di ottenere una comprensione più profonda.

L'osservatorio High Altitude Water Cherenkov (HAWC) in Messico è uno degli strumenti che utilizziamo per studiare la radiazione gamma e cosmica proveniente dallo spazio che collide con l'atmosfera terrestre.

L’atmosfera impedisce a questa radiazione di raggiungerci, ma così facendo può produrre particelle ad alta energia che possono essere rilevate al buio e l’energia e la direzione dei loro raggi gamma genitori possono essere calcolate da tale rilevamento.

"HAWC è tra i pochi rilevatori in grado di osservare il Sole nella gamma dei TeV", scrive la collaborazione internazionale HAWC che ha condotto la ricerca. "Il suo ampio campo visivo e l'elevata frazione di tempo vivo consentono un'esposizione continua mentre il Sole transita nel cielo."

Nei dati raccolti utilizzando HAWC tra il 2014 e il 2021, i ricercatori hanno rilevato emissioni comprese tra 0,5 e 2,6 TeV (un TeV equivale a trilioni di elettronvolt) provenienti dalla direzione del Sole. La loro nuova pipeline di analisi ha determinato che questa emissione proveniva dal Sole, con una probabilità di 6,3 sigma.

Non è la luce con la più alta energia mai vista nello spazio. Quel record appartiene a un’osservazione di raggi gamma da 450 TeV provenienti dalla direzione della Nebulosa del Granchio diversi anni fa. Ma è un nuovo successo per la nostra stella.

"Dopo aver esaminato i dati di sei anni, è emerso questo eccesso di raggi gamma", afferma Mehr Un Nisa, fisico delle astroparticelle presso la Michigan State University.

"Quando l'abbiamo visto per la prima volta, abbiamo pensato, 'Abbiamo decisamente sbagliato tutto. Il sole non può essere così luminoso con queste energie.'"

Sappiamo che a volte il Sole diventa turbolento. Si scatena con eruzioni solari ed espulsioni di massa coronale. Ma il Sole non emette solo luce. Ne viene colpito anche lui. I raggi cosmici provenienti dalla galassia più ampia fluiscono costantemente attraverso lo spazio. Qui sulla Terra, questi raggi cosmici interagiscono con l’atmosfera per produrre un bagliore di raggi gamma.

Si pensa che un processo simile avvenga anche sul Sole. I raggi cosmici galattici si scontrano con i nuclei nell'atmosfera solare, nella gamma dei gigaelettronvolt (1 miliardo di elettronvolt).

Il team ritiene che l'emissione di TeV sia probabilmente il risultato di questa interazione. Hanno anche dato un'occhiata ai dati GeV raccolti da HAWC e dal telescopio spaziale per raggi gamma Fermi LAT della NASA, e hanno scoperto che l'emissione GeV era più luminosa e abbondante del previsto durante i periodi calmi del Sole.

Ciò che non sappiamo è come l'emissione diventi così brillante. Non corrisponde ai modelli teorici. Considerando quanto il Sole sia pieno di campi magnetici disordinati, è probabile che svolgano un ruolo. In effetti, un articolo pubblicato all’inizio di quest’anno proponeva che i campi magnetici solari agissero come acceleratori per gli elettroni dei raggi cosmici per produrre la radiazione gamma di sincrotrone.

Tuttavia, sarà necessario eseguire ulteriori modellizzazioni per determinare esattamente come ciò verrà realizzato.

"I modelli delle interazioni dei raggi cosmici nel Sole... già sottostimano il flusso di raggi gamma osservato dal Sole nella gamma dei GeV", scrive la Collaborazione HAWC. "Le nostre osservazioni evidenziano la necessità di un quadro rivisto che possa spiegare l'eccesso anomalo di raggi gamma provenienti dal Sole anche nella gamma dei TeV."