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Lo studio delle macchie solari sta aiutando gli scienziati a comprendere brillamenti e vita sulle altre stelle

12 ottobre 2020
Un'ampia flotta di veicoli spaziali sta consentendo agli scienziati di studiare il Sole estremamente da vicino ma, a volte, fare un passo indietro può fornire nuove intuizioni. Uno studio effettuato grazie al Solar Dynamic Observatory e alla missione Hinode della Jaxa ha condotto a nuovi risultati che saranno utili nello studio di brillamenti stellari e nella ricerca di vita vicino ad altre stelle.

In un nuovo studio, gli scienziati hanno esaminato le macchie solari - le macchie scure presenti sul Sole causate dal suo campo magnetico - a bassa risoluzione, come se fossero a migliaia di miliardi di miglia di distanza. Il risultato ottenuto è stato una visione simulata di stelle lontane, che può aiutarci a comprendere l'attività stellare e le condizioni di vita sui pianeti in orbita attorno ad altre stelle.

"Volevamo sapere come sarebbe stata una regione delle macchie solari se non fossimo riusciti a risolverla in un'immagine", ha detto Shin Toriumi, autore principale del nuovo studio e scienziato presso l'Istituto di scienza spaziale e astronautica della JAXA. "Quindi, abbiamo utilizzato i dati del Sole come se provenissero da una stella lontana per avere una migliore connessione tra la fisica solare e la fisica stellare".

Le macchie solari sono spesso precursori dei brillamenti - intense esplosioni di energia emesse dalla superficie del Sole - perciò il monitoraggio delle macchie solari è importante per capire il perché e come si verificano questi fenomeni. Inoltre, comprendere la frequenza dei brillamenti su altre stelle, è una delle chiavi per comprendere la loro possibilità di ospitare la vita. La presenza di alcuni brillamenti può aiutare a costruire molecole complesse come RNA e DNA da blocchi di costruzione più semplici, ma troppi e intensi possono spogliare intere atmosfere, rendendo un pianeta inabitabile.

Per vedere come apparirebbe una macchia solare e il suo effetto sull'atmosfera di una stella lontana, gli scienziati hanno iniziato dai dati ad alta risoluzione del Sole dal Solar Dynamics Observatory della NASA e dalla missione Hinode della JAXA/NASA. Sommando tutta la luce presente in ogni immagine, gli scienziati hanno convertito le immagini ad alta risoluzione in singoli punti dati. Mettendo insieme i punti dati successivi, gli scienziati hanno creato grafici su come la luce cambiava quando la macchia solare attraversava la faccia rotante del Sole. Questi grafici, che gli scienziati chiamano "curve di luce", hanno mostrato come apparirebbe una macchia solare di passaggio sul Sole se si trovasse a molti anni luce di distanza.

"Il Sole è la nostra stella più vicina. Utilizzando i satelliti per l'osservazione solare possiamo risolvere le firme presenti su una superficie di 100 miglia di larghezza", ha detto Vladimir Airapetian, coautore del nuovo studio e astrofisico presso il Goddard Space Flight Center della NASA. "Ma su altre stelle potresti ottenere solo un pixel che ti mostra l'intera superficie, quindi abbiamo voluto creare un modello per decodificare l'attività su altre stelle."
Il nuovo studio, pubblicato sull'Astrophysical Journal, ha esaminato casi semplici in cui è presente un solo gruppo di macchie solari visibile sull'intera faccia del Sole. Anche se le missioni NASA e JAXA hanno continuamente raccolto osservazioni del Sole per oltre un decennio, questi casi sono piuttosto rari. Di solito sono presenti diverse macchie solari - come durante il massimo solare, verso cui ci stiamo muovendo ora, oppure nessuna. In tutti questi anni di dati raccolti gli scienziati hanno trovato solo una manciata di casi con un solo gruppo di macchie solari isolato.
Studiando questi eventi, gli scienziati hanno scoperto che le curve di luce differivano quando misuravano lunghezze d'onda diverse. Nella luce visibile, quando una singola macchia solare appare al centro del Sole, il Sole è più debole. Tuttavia, quando il gruppo delle macchie solari è vicino al bordo del Sole, è effettivamente più luminoso a causa delle facule - caratteristiche magnetiche luminose attorno alle macchie solari - perché, vicino al bordo, le pareti calde dei loro campi magnetici quasi verticali diventano sempre più visibili.

Gli scienziati hanno anche esaminato le curve di luce nei raggi X e nella luce ultravioletta, che mostrano l'atmosfera sopra le macchie solari. Poiché le atmosfere sopra le macchie solari sono riscaldate magneticamente, gli scienziati hanno scoperto che lì si schiariscono ad alcune lunghezze d'onda. Tuttavia, gli scienziati hanno anche scoperto inaspettatamente che il riscaldamento potrebbe anche causare un oscuramento della luce proveniente dall'atmosfera a bassa temperatura. Questi risultati possono fornire uno strumento per diagnosticare gli ambienti delle macchie presenti sulle altre stelle.

"Finora abbiamo realizzato gli scenari migliori, in cui è visibile solo una macchia solare", ha detto Toriumi. "Successivamente stiamo progettando di fare alcuni modelli numerici per capire cosa succede se abbiamo più macchie solari."
Studiando l'attività stellare, in particolare sulle giovani stelle, gli scienziati possono ottenere una visione di come potrebbe essere stato il nostro Sole da giovane. Questo aiuterà gli scienziati a capire come il Sole, che da giovane era nel complesso più debole ma più attivo, abbia avuto un impatto su Venere, Terra e Marte nei loro primi giorni di esistenza. E potrebbe anche aiutare a spiegarci perché la vita sulla Terra è iniziata quattro miliardi di anni fa, che alcuni scienziati ipotizzano sia collegata all'intensa attività solare.

Lo studio delle giovani stelle può anche contribuire alla comprensione degli scienziati di ciò che innesca i super-brillamenti, quelli che sono da 10 a 1000 volte più forti dei più grandi visti sul Sole negli ultimi decenni. Le giovani stelle sono in genere più attive, con i super-brillamenti che si verificano quasi ogni giorno. Mentre, sul nostro Sole, che più maturo, possono verificarsi all'incirca solo una volta ogni mille anni.

Individuare i giovani soli che favoriscono il supporto dei pianeti abitabili potrà aiutare gli scienziati che si concentrano sull'astrobiologia, lo studio dell'evoluzione dell'origine e la distribuzione della vita nell'universo. Diversi telescopi di nuova generazione attualmente in produzione, che saranno in grado di osservare altre stelle nelle lunghezze d'onda dei raggi X e degli ultravioletti, potrebbero utilizzare questi nuovi risultati per decodificare le osservazioni di stelle lontane. A sua volta, questo aiuterà a identificare quelle stelle con livelli appropriati di attività stellare per la vita che potranno essere seguite da osservazioni di altre imminenti missioni ad alta risoluzione, come il James Webb Space Telescope della NASA.

fonti: NASA, JAXA

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