A high-frequency type II radio burst associated with an X2.3 class flare

Il Sole è una stella inquieta, in costante fermento con energia magnetica che può sfociare in esplosioni violente. Quando queste eruzioni avvengono, spesso inviano onde d'urto che si propagano attraverso il sottile gas surriscaldato dell'atmosfera solare, nota come corona. Gli scienziati sanno da tempo che queste onde d'urto agiscono come potenti acceleratori in grado di scagliare elettroni a velocità incredibili. Quando questi elettroni ad alta velocità interagiscono con il gas circostante, generano onde radio che attraversano il cielo come una sirena, calando di frequenza man mano che l'onda d'urto si sposta verso l'esterno. Questi segnali radio, chiamati burst di Tipo II, sono solitamente il segno rivelatore di una massiccia nube di materiale solare, nota come espulsione di massa coronale, che viene scagliata via dal Sole. Per decenni, l'idea prevalente era che fosse necessaria un'enorme esplosione visibile per creare questi specifici segnali radio. Se la sirena radio veniva udita, si assumeva che una gigantesca nube di plasma fosse il motore dell'evento.

Tuttavia, uno studio recente di un potente brillamento solare avvenuto il 6 novembre 2024 sfida questa ipotesi radicata da tempo. I ricercatori, utilizzando una serie di telescopi spaziali e terrestri, hanno osservato un evento raro in cui è stato generato un burst radio ad alta frequenza senza alcuna esplosione di grandi dimensioni accompagnata in luce visibile. L'evento è iniziato con un brillamento di classe X2.3, un rilascio massicciamente energetico da una specifica regione attiva del Sole. Sebbene il brillamento fosse intenso, i soliti sospettati — le gigantesche nubi di plasma in espansione che tipicamente guidano tali onde radio — non erano presenti nelle immagini scattate dai coronografi, strumenti progettati per bloccare il volto luminoso del Sole per rivelare la più tenue atmosfera esterna. Invece di un'espulsione massiccia, i dati indicavano un evento molto più compatto e localizzato. Combinando i dati radio con immagini nell'ultravioletto estremo e misurazioni di raggi X, il team ha ricostruito la storia di un piccolo fascio di campi magnetici contorti che è errotto, creando un'onda d'urto abbastanza forte da generare il burst radio, pur rimanendo invisibile agli strumenti che cercano grandi nubi.

L'indagine è iniziata tracciando i segnali radio stessi. Gli strumenti a terra hanno captato un burst di onde radio che è iniziato a una frequenza molto alta di circa 750 megahertz e è sceso fino a 45 megahertz nel corso di dieci minuti. Questo rapido calo di frequenza è la firma di un'onda d'urto che si allontana dal Sole, viaggiando attraverso un gas che diventa meno denso man mano che si procede verso l'esterno. Le immagini radio hanno mostrato che la sorgente di queste onde rimaneva quasi stazionaria nel piano del cielo, ma non rivelavano una struttura massiccia in espansione verso l'esterno. Per capire cosa stesse guidando questo shock, i ricercatori si sono rivolti a telescopi che vedono il Sole in diverse colorazioni della luce. L'Osservatorio della Dinamica Solare (SDO) e la sonda STEREO-A hanno catturato immagini dell'atmosfera solare nella luce dell'ultravioletto estremo. Queste immagini hanno rivelato una piccola ed compatta eruzione di campi magnetici che risalivano dalla superficie, accompagnata da un'onda di perturbazione che si propagava attraverso la corona. Questa onda si muoveva a una velocità di circa 536 chilometri al secondo, una velocità che corrispondeva alla velocità dell'onda d'urto inferita dai dati radio.

Fondamentalmente, i ricercatori hanno cercato le massicce nubi di luce bianca che solitamente accompagnano tali eventi. Hanno esaminato i dati delle sonde SOHO e STEREO, che possiedono telecamere specificamente progettate per individuare queste gigantesche eruzioni. Nonostante la chiara evidenza di un'onda d'urto e di una struttura magnetica in ascesa, nessuna espulsione di massa coronale su larga scala è stata rilevata in nessuna delle immagini in luce bianca. L'eruzione era troppo piccola e contenuta per essere vista come una gigantesca nube, eppure era abbastanza energetica da creare uno shock. Per comprendere la meccanica di questo evento, il team ha analizzato le emissioni di raggi X del brillamento. I dati hanno mostrato che il brillamento ha accelerato gli elettroni ad alte energie, creando un mix di gas caldo e particelle in rapido movimento. Mappando i campi magnetici della regione prima dell'eruzione, gli scienziati hanno ricostruito l'immagine di una corda magnetica strettamente avvolta situata sotto la superficie. Quando questa corda è diventata instabile ed è erutta, ha agito come un pistone, premendo contro il gas circostante e creando l'onda d'urto che ha generato il burst radio.

Lo studio suggerisce che lo shock non sia stato guidato da una massiccia nube di plasma in espansione, ma dalla rapida espansione di questa corda magnetica compatta. La velocità di risalita della corda, misurata tramite la triangolazione 3D da due diversi punti di vista di una sonda, era quasi identica alla velocità dello shock derivata dai segnali radio. Questa stretta corrispondenza fornisce una forte prova che la piccola eruzione è stata la causa diretta dello shock. I ricercatori hanno anche notato che lo shock era relativamente debole, muovendosi a una velocità appena sufficiente per essere più veloce delle onde magnetiche in quella regione della corona. Questa scoperta è significativa perché dimostra che anche eruzioni modeste, se avvengono nelle giuste condizioni vicino alla superficie del Sole, possono generare le potenti onde d'urto necessarie per produrre burst radio ad alta frequenza. Ciò amplia la comprensione di come iniziano le tempeste solari, provando che un'esplosione gigante e visibile non è sempre necessaria per scagliare un'onda d'urto attraverso l'atmosfera solare.

Questa scoperta aiuta a perfezionare i modelli utilizzati dagli scienziati per prevedere il meteo spaziale, che può influenzare i satelliti e le reti elettriche sulla Terra. Dimostrando che piccole eruzioni localizzate possono guidare gli shock, lo studio indica che la capacità del Sole di generare queste perturbazioni è più varia di quanto precedentemente ipotizzato. L'evento serve come promemoria del fatto che l'attività magnetica del Sole può essere sottile ma potente, capace di creare gli stessi segnali radio di una massiccia esplosione senza lo spettacolo visivo che la accompagna. La combinazione di dati radio, ultravioletti e raggi X ha fornito un quadro completo dell'evento, collegando l'iniziale eruzione magnetica allo shock risultante e alle particelle accelerate. Conferma che, sebbene le grandi espulsioni di massa coronale siano i motori più comuni di questi burst radio, non sono gli unici, e che l'atmosfera inferiore del Sole può produrre i propri potenti shock attraverso eruzioni compatte e localizzate.