L'OVRO-LWA mappa la densità elettronica nella corona solare

I ricercatori hanno mappato con successo la densità elettronica della Corona Solare utilizzando osservazioni radio a bassa frequenza, colmando una lacuna di lunga data nella nostra comprensione dell'atmosfera esterna del Sole. Utilizzando il Long Wavelength Array presso l'Owens Valley Radio Observatory (OVRO-LWA), un team guidato dai ricercatori Bin Chen, Shaheda Begum Shaik e Gregg Hallinan ha fornito un metodo più robusto per misurare la densità del plasma tra 1,7 e 3,5 raggi solari. Questa scoperta, dettagliata nel loro studio "Estimating Electron Densities in the Middle Solar Corona using White-light and Radio Observations", convalida i modelli teorici e offre un nuovo strumento a bassa latenza per prevedere gli eventi di meteorologia spaziale che possono avere un impatto sulle infrastrutture tecnologiche della Terra.

Cos'è l'OVRO-LWA e qual è il suo ruolo nelle osservazioni radio solari?

L'OVRO-LWA è un interferometro radio a bassa frequenza in California, composto da 352 antenne che operano tra 13 e 87 MHz per catturare immagini ad alta risoluzione della Corona Solare. Funge da imager "all-sky" dedicato al Sole, fornendo l'elevata gamma dinamica necessaria per monitorare la corona media alla ricerca di burst radio, transienti e densità di plasma in evoluzione quasi in tempo reale.

Le osservazioni radio solari sono state tradizionalmente difficili da catturare con la precisione necessaria per la modellazione della densità, ma l'estensione di 2,4 chilometri dell'OVRO-LWA gli consente di funzionare come una potente "lente radio". A differenza dei telescopi tradizionali, questo array produce immagini pronte per l'analisi scientifica con una latenza incredibilmente bassa. Questa capacità è vitale per i ricercatori che devono osservare la Corona Solare durante condizioni in rapido mutamento, come l'inizio di un brillamento solare o il lancio di una nube di plasma verso la Terra. Focalizzandosi sulla gamma 15-87 MHz, l'array punta alle altitudini esatte in cui il vento solare inizia la sua accelerazione primaria.

L'Owens Valley Radio Observatory ha progettato questo sistema per superare i limiti dei radiotelescopi a disco singolo. Combinando i segnali di centinaia di antenne, l'array può distinguere tra diversi tipi di emissioni radio, come la radiazione di girosincrotrone e i burst di plasma. Questo livello di dettaglio consente agli scienziati di costruire una comprensione tridimensionale della corona media, una regione spesso definita la "terra di nessuno" della fisica solare perché si trova tra le aree meglio servite dagli imager nell'estremo ultravioletto e dai coronografi spaziali esterni.

In che modo le osservazioni radio possono migliorare le stime della densità elettronica nella Corona Solare?

Le osservazioni radio migliorano le stime di densità rilevando le emissioni di elettroni non termici che sono altamente sensibili alle condizioni locali del plasma nella corona solare media. Queste misurazioni a bassa frequenza forniscono una convalida indipendente dei dati a luce bianca, consentendo agli scienziati di bypassare le assunzioni semplificative e le complesse inversioni matematiche tipicamente richieste dai coronografi ottici per stimare i volumi di elettroni.

Storicamente, la comunità scientifica si è affidata alla coronografia a luce bianca, che misura la luce solare riflessa dagli elettroni nell'atmosfera del Sole. Tuttavia, convertire queste misurazioni luminose in mappe accurate della densità elettronica richiede di ipotizzare una geometria specifica per l'atmosfera solare, il che può introdurre errori significativi. La ricerca di Shaheda Begum Shaik e colleghi dimostra che l'interferometria radio fornisce una "verità di base" che concorda con i risultati ottici, offrendo al contempo una sonda più diretta nelle strutture di densità della corona media (1,7–3,5 $R_\odot$).

La metodologia del team ha comportato il confronto dei dati dell'OVRO-LWA con le previsioni teoriche esistenti e i risultati dei coronografi tradizionali. I loro risultati sono culminati in un nuovo modello di densità altamente accurato per la corona media, espresso dalla formula:

• ρ(r') = 1,27r'⁻² + 29,02r'⁻⁴ + 71,18r'⁻⁶
• Dove r' rappresenta la distanza eliocentrica in raggi solari.

Questo quadro matematico consente una modellazione più precisa di come le particelle si muovono attraverso la Corona Solare, fornendo un quadro più chiaro dell'ambiente in cui nasce il vento solare.

In che modo le espulsioni di massa coronale influenzano le densità elettroniche nella Corona Solare?

Le espulsioni di massa coronale (CME) aumentano drasticamente le densità elettroniche nella Corona Solare iniettando enormi quantità di particelle non termiche e plasma nell'eliosfera. Questi eventi creano intensi burst radio ed emissioni di girosincrotrone che gli array a bassa frequenza come l'OVRO-LWA possono tracciare per monitorare la propagazione e la velocità della CME mentre viaggia verso l'esterno.

Le Espulsioni di Massa Coronale sono tra gli eventi più energetici del nostro sistema solare, capaci di disturbare i satelliti e le reti elettriche sulla Terra. Quando una CME erutta, attraversa la corona media, creando una scia di aumentata densità elettronica. La capacità dell'OVRO-LWA di rilevare questi picchi di densità nell'intervallo 1,7–3,5 $R_\odot$ è fondamentale per le previsioni di meteorologia spaziale. Poiché le onde radio viaggiano alla velocità della luce, forniscono il preavviso più tempestivo possibile sulle caratteristiche di una CME, molto prima che la nube di plasma effettiva raggiunga i sensori terrestri.

L'impatto di questi cambiamenti di densità è attualmente visibile nei modelli meteorologici spaziali attivi. Ad esempio, dati recenti indicano un indice Kp di 5, che segnala una tempesta geomagnetica Moderata (G1). Questa attività, guidata dalle fluttuazioni del vento solare e della densità coronale, ha reso l'aurora visibile in diverse regioni settentrionali:

• Fairbanks, Alaska (USA)
• Reykjavik, Islanda
• Tromsø, Norvegia
• Stoccolma, Svezia
• Helsinki, Finlandia

Comprendendo la densità della Corona Solare attraverso la quale viaggiano queste tempeste, gli scienziati possono prevedere meglio il tempo di arrivo e l'intensità di tali manifestazioni aurorali e delle potenziali interruzioni tecnologiche.

Implicazioni per la meteorologia spaziale e la ricerca futura

Lo sviluppo di un modello di densità affidabile utilizzando i dati dell'Owens Valley Radio Observatory segna un traguardo significativo nell'eliofisica. Mappe accurate della Corona Solare non sono solo di interesse accademico; sono essenziali per la sicurezza del nostro mondo digitale. Quando possiamo misurare con precisione la densità elettronica sul percorso di una tempesta solare, possiamo calcolare la "resistenza" o l'accelerazione che la tempesta subirà, portando a previsioni del tempo di arrivo delle CME molto più accurate.

Inoltre, la natura di alto impatto di questa ricerca si riflette nella crescente dipendenza dagli array radio dedicati al Sole. Lo studio di Bin Chen e del suo team dimostra che la radioastronomia può fornire l'"anello mancante" nel monitoraggio solare. Poiché l'OVRO-LWA continua a fornire dati a bassa latenza e pronti per l'analisi, diventerà probabilmente una pietra miliare dei sistemi globali di allerta per la meteorologia spaziale, lavorando a fianco delle missioni satellitari della NASA e dell'ESA per fornire una visione multi-lunghezza d'onda della nostra stella.

Guardando al futuro, i ricercatori mirano a estendere queste stime di densità a distanze eliocentriche ancora maggiori. Perfezionando gli algoritmi di imaging dell'OVRO-LWA, sperano di tracciare l'evoluzione della Corona Solare attraverso un intero ciclo solare. Questo monitoraggio a lungo termine aiuterà gli scienziati a capire come cambia il profilo di densità del Sole mentre si sposta dal minimo solare al massimo solare, rivelando infine la meccanica nascosta dietro il flusso costante del vento solare.

Consigli per l'osservazione dell'attuale tempesta solare G1

Per chi è interessato agli effetti reali dei cambiamenti di densità coronale, l'attuale tempesta Moderata (G1) offre un'ottima opportunità per osservare l'aurora boreale. Gli esperti di meteorologia spaziale consigliano di trovare una posizione lontana dalle luci della città tra le 22:00 e le 02:00 ora locale. Guardate verso l'orizzonte settentrionale, in particolare nelle città ad alta latitudine come Fairbanks o Reykjavik, dove l'aurora potrebbe apparire sopra la testa a causa del livello di intensità Kp 5. Controllate sempre le previsioni meteo locali per assicurarvi cieli sereni e la migliore visibilità possibile di questo fenomeno solare.