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H2020

MAtISSE — Risultato in breve

Project ID: 707543
Finanziato nell'ambito di: H2020-EU.1.3.2.
Paese: Italia
Dominio: Spazio, Ricerca di base, Cambiamento climatico e Ambiente

Nuovo studio svela il comportamento dei raggi cosmici nell’eliosfera

Ricercatori finanziati dell’UE hanno fatto progredire la nostra comprensione del processo che descrive l’influenza del Sole sui raggi cosmici. Le implicazioni potrebbero essere rivoluzionarie per l’astrofisica delle alte energie e la scienza solare.
Nuovo studio svela il comportamento dei raggi cosmici nell’eliosfera
Scoperti per la prima volta nel 1912 dal fisico Victor Hess dopo un volo in mongolfiera a un’altitudine elevata, i raggi cosmici bombardano in modo continuo l’atmosfera terrestre, producendo cascate di particelle secondarie che a volte raggiungono persino la superficie della Terra. I raggi cosmici sono composti principalmente da particelle ad alta energia, come ad esempio protoni o elettroni. Grazie alle dettagliate e continue misurazioni dei raggi cosmici, ora i ricercatori possono vedere che il flusso di raggi cosmici varia su scale temporali relativamente brevi.

Via col vento solare

Quando viaggiano dentro l’eliosfera – una regione dello spazio simile a una bolla dominata dal Sole, che contiene anche il sistema solare – i raggi cosmici vengono deviati e rallentati dai turbolenti campi magnetici del Sole e dal vento solare in uscita. Questi scudi incorporati forniti dal Sole riducono il flusso di raggi cosmici che raggiunge la Terra.

«Questo scudo non è tuttavia stazionario. Esso si modifica invece periodicamente con il cambiamento, ogni 11 anni, nel ciclo dell’attività magnetica del Sole. Il cambiamento visibile nel flusso di raggi cosmici con l’attività magnetica del Sole è noto come modulazione solare del flusso di raggi cosmici verso la Terra», fa notare la prof.ssa Bruna Bertucci, che è stata la responsabile della borsa di studio individuale Marie Skłodowska-Curie, finanziata dall’UE, chiamata progetto MAtISSE.

I ricercatori hanno modellato la modulazione solare per comprendere meglio il processo mediante il quale la mutevole attività del Sole influenza il flusso di raggi cosmici che raggiunge la Terra.

Evitare le limitazioni

I ricercatori hanno investito tempo e impegno per stabilire un quadro generale al fine di interpretare differenti tipi di dati che vengono solitamente analizzati separatamente nel campo della fisica. «Riteniamo che il progresso nel campo della modulazione solare dipenda in modo cruciale dalla fusione di competenze da settori differenti. Le differenti attività sul campo includono misurazioni dirette su particelle ad alta energia raccolte nello spazio, tassi di conteggio dei rivelatori di neutroni terrestri e osservazioni dell’attività magnetica del Sole effettuate da sonde spaziali oppure da osservatori solari», sottolinea la prof.ssa Bertucci.

Lo studio della modulazione solare è stato per lungo tempo limitato dalla scarsità di dati relativi ai raggi cosmici. «Al giorno d’oggi, lo Spettrometro Magnetico Alfa (AMS) – un modulo per esperimenti nella fisica delle particelle che è montato sulla Stazione spaziale internazionale – che ha cercato di ascoltare gli impatti dei raggi cosmici nel corso degli ultimi sette anni – offre ai ricercatori l’opportunità di compiere notevoli progressi in questo campo», fa notare la prof.ssa Bertucci.

I dati provenienti dall’AMS sono molto apprezzati poiché misurano in modo preciso il comportamento di tutte le differenti specie di raggi cosmici in un ampio intervallo energetico e lungo un periodo di tempo esteso; prima della sua installazione, i ricercatori dovevano affidarsi a set di dati di poche specie di particelle con tassi di errore più alti, limitati per quanto riguarda l’energia, il tempo o entrambi.

Comportamenti complessi in funzione del tempo

In collaborazione con ricercatori che lavorano sull’AMS, MAtISSE ha contribuito alla misurazione delle variazioni temporali dei flussi di protoni, elio, elettroni e positroni nei raggi cosmici. I ricercatori hanno riferito che le densità dei flussi di protoni ed elio che raggiungono ogni mese la Terra aumentano quando l’attività solare è bassa, proprio come dopo il massimo solare avvenuto nel 2014.

Se i risultati vengono osservati su una scala temporale annuale, la proporzione tra i flussi di protoni ed elio mostra una straordinaria connessione nel lungo periodo. Questo comportamento sorprendente riflette proprietà fondamentali del trasporto di raggi cosmici nell’eliosfera ed è adesso oggetto di ulteriori studi.

Protezione dai raggi cosmici

Attraverso la modellizzazione dei processi base del trasporto nell’eliosfera, la squadra ha studiato lo sfasamento nel tempo tra i cambiamenti nell’attività solare e i corrispondenti cambiamenti nel flusso di raggi cosmici misurato nello spazio. Sono stati messi a confronto i risultati del loro modello di modulazione dei raggi cosmici con la grande raccolta di osservazioni dei flussi protonici dei raggi cosmici nel tempo. Questo li ha aiutati a dimostrare che il miglior adattamento ai dati si verifica con uno sfasamento di otto mesi tra il ciclo solare e la variazione del flusso di raggi cosmici.

Le conclusioni del progetto sono molto importanti, visto che conoscere la presente attività solare ci potrebbe consentire di prevedere accuratamente la modulazione solare che avverrà tra otto mesi a partire da oggi. «Nelle missioni con equipaggio, l’esposizione alla radiazione cosmica rappresenta un importante fattore di rischio che deve essere affrontato quantitativamente. Se questo modello è corretto, ci consentirà di pianificare delle missioni spaziali interplanetarie più sicure in futuro», fa notare la prof.ssa Bertucci.

Keywords

MAtISSE, raggi cosmici, flusso raggi cosmici, modulazione solare, eliosfera, Spettrometro Magnetico Alfa (AMS), attività solare, vento solare, astrofisica alte energie, scienza solare