Il telescopio Inouye cattura le prime immagini dei vortici di Kelvin-Helmholtz sulla superficie del Sole

Cosa ha risolto il telescopio

Il telescopio solare Daniel K. Inouye, con il suo specchio da 4 metri, si trova vicino alla cima dell'Haleakalā, a Maui. Nell'aprile 2025 è stato puntato su una regione magneticamente attiva vicino a una macchia solare. Le immagini restituite sono le vedute più dettagliate della superficie visibile del Sole ottenute finora: risolvono strutture vicine al limite teorico dello strumento, circa 19 chilometri.

La fotosfera non è liscia. Le celle convettive luminose, o granuli, salgono, si raffreddano e tornano a scendere. Ai bordi della regione attiva, dove quei granuli incontrano campi magnetici concentrati, il gruppo ha trovato file di piccoli vortici e sottili striature.

I ricercatori hanno analizzato 47 vortici. La distanza media era di 65 chilometri, mentre le singole strutture andavano da 25 a 170 chilometri di diametro. Le velocità orizzontali apparenti variavano da 0,67 a 3 chilometri al secondo.

Le forme corrispondono all'instabilità di Kelvin-Helmholtz, che nasce quando due strati di fluido o di plasma scorrono l'uno accanto all'altro a velocità diverse. Il taglio al confine trasforma piccole perturbazioni in spirali. L'effetto è stato osservato nella corona solare e nell'interazione del vento solare con i campi magnetici dei pianeti. Finora non era mai stato visto nello strato visibile della superficie.

Michiel van Noort, ricercatore del Max Planck Institute for Solar System Research, ha detto che per individuare i vortici bisognava risolvere strutture di circa 20 chilometri. Il gruppo ha paragonato l'impresa al vedere una moneta da un euro da 180 chilometri di distanza.

Come il gruppo ha verificato le immagini

Le sole immagini non sarebbero bastate. Il gruppo ha confrontato i dati di Inouye con simulazioni magnetoidrodinamiche eseguite con il codice MURaM dai team dell'NSF NCAR High Altitude Observatory e del Max Planck Institute for Solar System Research.

La distanza tra i vortici, cioè la lunghezza d'onda dell'instabilità, è risultata compresa tra 50 e 65 chilometri sia nei dati del telescopio sia nei modelli. I tassi di crescita e le velocità sono caduti in intervalli simili.

«Queste osservazioni forniscono anche la validazione ad altissima risoluzione delle simulazioni magnetoidrodinamiche solari realizzata finora, e la concordanza nei dettagli fisici è impressionante», ha detto Matthias Rempel dell'High Altitude Observatory.

«Non era mai stato osservato a quel livello sulla superficie solare», ha detto il coautore Friedrich Wöger, scienziato senior del National Solar Observatory.

Perché i vortici contano

I vortici torcono e aggrovigliano le linee del campo magnetico solare. I campi sottoposti a tensione possono spezzarsi e liberare l'energia che alimenta brillamenti ed espulsioni di massa coronale. Queste eruzioni scagliano verso la Terra particelle capaci di disturbare satelliti, reti elettriche, GPS e sistemi di comunicazione.

Il risultato spiega un meccanismo. Non migliora ancora nessuna previsione operativa.

Il gruppo riferisce che i mulinelli sono comparsi quasi ovunque abbia guardato lungo i confini magnetici, non come disturbi isolati. «Quello che ci ha davvero sorpreso è stato quanti eventi di KHI abbiamo trovato», ha detto David Kuridze del National Solar Observatory a ScienceAlert. L'articolo non quantifica quanta energia i vortici immettano nel sistema.

La fotosfera si trova a circa 5.800 K. La corona sopra di essa misura regolarmente più di un milione di gradi Kelvin. Questo divario è un problema aperto da decenni. I fisici solari pensano da tempo che le linee del campo magnetico si torcano in trecce, si destabilizzino e si spezzino in un processo chiamato riconnessione magnetica, liberando un impulso di energia. Cosa continuasse a torcerle era la domanda aperta. I vortici osservati sono una risposta candidata: un motore costante e di piccola scala che continua a intrecciare il campo.

«L'instabilità di Kelvin-Helmholtz è probabilmente un meccanismo che contribuisce al riscaldamento dell'atmosfera esterna ed è parte della soluzione del vecchio enigma del perché le stelle abbiano una corona calda un milione di gradi», ha detto Thomas Rimmele, chief technologist del National Solar Observatory.

C'è un secondo enigma che i vortici toccano. Il ciclo magnetico del Sole dura circa 11 anni. Secondo Kuridze, i modelli attuali faticano a diffondere l'energia magnetica abbastanza in fretta da stargli dietro. I vortici mescolano plasma magnetizzato e non magnetizzato, il che accelera la diffusione dei campi magnetici attraverso l'atmosfera inferiore, secondo l'analisi.

Cosa succede adesso

Il passo successivo è applicare programmi automatici ai dati di Inouye. L'obiettivo è capire quanto i mulinelli contribuiscano a riscaldare l'atmosfera solare e a diffonderne i campi magnetici.

«Crediamo che la scoperta dell'instabilità di Kelvin-Helmholtz nella fotosfera solare, sostenuta dall'analisi di simulazioni numeriche, sia un grande passo avanti nella nostra comprensione della dinamica e dell'evoluzione del plasma solare e stellare, e servirà da base per scoperte future», ha detto David Boboltz, vice direttore del National Solar Observatory.

Il set di dati ha un limite. Le osservazioni coprono una sola regione attiva vicino a una macchia solare. Come il processo si comporti lungo l'intero ciclo solare resta da verificare.