Uno scudo di ferro dentro il Sole

Il Sole è una enorme fornace nucleare: nel suo nucleo si produce, grazie alle reazioni di fusione, una enorme quantità di energia che si propaga verso l’esterno, fino poi ad essere irradiata nello spazio. Questo percorso però è tutt’altro che semplice: nel primo tratto della loro ascesa i fotoni si propagano con fenomeni di tipo radiativo – un po’ come accade al calore che viene liberato da un termosifone. Ad un certo punto però, questo meccanismo perde efficacia e subentra quello convettivo che, attraverso enormi celle di plasma, traghetta l’energia dalle zone interne della stella fino alla superficie (in questo caso, l’analogia con la vita di tutti i giorni è quella dell’acqua che bolle all’interno di una pentola). I principali responsabili di questo cambio sono gli elementi chimici più pesanti dell’idrogeno e dell’elio, che gli astronomi chiamano genericamente metalli.

Descrivere con modelli teorici la struttura interna del Sole e verificarne la loro validità con le osservazioni è da sempre una tra le sfide più ardue per gli astrofisici. Una sfida che si era ulteriormente complicata alcuni anni fa. Alcune misure di tipo spettroscopico della radiazione proveniente dal Sole indicavano infatti che le abbondanze di elementi quali ossigeno, azoto e carbonio nella nostra stella dovevano essere più basse di quanto previsto dai modelli, e non di poco: tra il trenta e il cinquanta per cento. Un vero e proprio terremoto per gli esperti di strutture stellari: questo significava che andavano rivisti anche i comportamenti degli altri parametri fondamentali che descrivono lo stato del materiale all’interno di una stella, come la sua temperatura e la densità, al variare della loro distanza dal centro.

Ora però, un gruppo di ricercatori guidato da Jim Bailey del Sandia National Laboratories ad Albuquerque, nel New Mexico, presenta in un articolo pubblicato sulla rivista Nature i risultati di studi condotti in laboratorio che sembrano riavvicinare la teoria alle osservazioni. Il team ha infatti studiato come il ferro, uno dei metalli presenti nel plasma solare, inibisce il trasporto della radiazione ad altissime temperature e densità, scoprendo che la sua efficienza è tra il 30 e il 400 per cento maggiore di quanto ritenuto finora, a seconda della lunghezza d’onda della radiazione con cui interagisce. Con tali numeri si riesce così a giustificare più o meno la metà delle correzioni richieste per ristabilire l’accordo tra previsioni teoriche e osservazioni sperimentali.

I ricercatori sono giunti a questi risultati utilizzando la Z machine, un apparato in grado di generare in un campione di materiale delle dimensioni di un granello di sabbia temperature dell’ordine di 2 milioni di kelvin e osservare così il comportamento degli atomi di ferro in condizioni simili a quello che avviene all’interno delle stelle, «tra i posti più misteriosi dell’universo», commenta Bailey. «Quelle zone – prosegue il ricercatore – sono troppo opache per essere osservate dall’esterno e troppo calde per inviarci qualunque sonda. Così , la fisica che studia il comportamento degli atomi nel plasma solare non è stata mai messa alla prova. Nei nostri esperimenti invece siamo in grado di ricreare temperature e densità simili a quelle che si trovano nella regione all’interno del Sole dove si verifica il passaggio dal regime di trasporto radiativo a quello convettivo. Ci siamo concentrati sulla misura dell’opacità del ferro, uno dei pochi elementi chimici che gioca la parte più importante nei processi di trasferimento radiativo».

Sebbene questi risultati siano ancora parziali, poiché non sono stati ancora indagati i comportamenti di altri elementi chimici presenti nel materiale stellare, consentiranno comunque di migliorare l’accuratezza e l’affidabilità dei modelli teorici che descrivono la struttura interna del Sole e delle stelle.

Fonte: Media INAF | Scritto da Marco Galliani