Turbolenza, riconnessione ed eruzioni solari

I brillamenti solari sono osservati come il risultato di eruzioni in strutture di campo magnetico ancorate al sole attraverso le macchie solari. Per comprendere meglio la fisica di questa attività solare, alcuni scienziati finanziati dall’UE hanno utilizzato la riconnessione del campo magnetico.

Nell’immagine classica con un solo foglio di corrente, la riconnessione non può raggiungere tassi abbastanza alti per il rilascio rapido di energia che si osserva nei brillamenti solari. Inoltre, c’è una differenza enorme tra l’ingresso di energia magnetica e i flussi di particelle accelerate.

Il progetto SERAF (Solar eruptions and flares: Bridging the gap) mirava a colmare il divario tra la dimensione in cui l’energia entra – vale a dire lo spessore del foglio corrente – e la scala di dissipazione dell’energia stessa. Un problema simile è anche affrontato dalla fluidodinamica classica, dove la scala di ingresso dell’energia – in genere il diametro del tubo – è più grande della scala molecolare.

Nei fluidi viscosi, le scale di mezzo sono riempite dalla cascata di piccoli vortici attraverso i quali l’energia è trasportata sulle scale più corte. Il team del progetto SERAF ha cercato di superare il divario di scala nella riconnessione magnetica utilizzando il concetto delle isole multiple magnetiche, anche dette plasmoidi, che potrebbero svolgere il ruolo dei vortici.

Questa immagine della riconnessione magnetica turbolenta è stata studiata in dettaglio attraverso simulazioni numeriche in 3D che coprono un’ampia gamma di scale. La frammentazione del foglio di corrente alle diverse scale spaziali e temporali e la riscalabilità delle equazioni magneto-idrodinamiche (MHD) hanno permesso agli scienziati del progetto SERAF di riprodurre il fenomeno.

In particolare, gli scienziati hanno usato un codice MHD basato su un metodo di elementi finiti con una maglia auto-adattabile per rappresentare la formazione di plasmoidi sempre più piccoli. I risultati della simulazione sono stati convalidati da osservazioni solari dall’Acatamalarge millimeter/submillimeter array (ALMA) nel nord del Cile.

La riconnessione a cascata, confermata dai risultati del progetto SERAF, può riconciliare le dinamiche su larga scala dei fenomeni eruttivi con la natura su piccola scala dell’accelerazione di particelle. È appena stato trovato un collegamento, a lungo cercato, tra scenari “classici” e “caotici” di rilascio dell’energia nei brillamenti solari.