La regione più lontana del sistema solare è ricca di idrogeno

Oltre l’orbita di Plutone, attraverso la fascia di Kuiper, esiste un regno contrassegnato da un confine magnetico invisibile. E’ il luogo dove finisce lo spazio dominato dal Sole, poco prima dello spazio interstellare.

In questa terra di nessuno, già attraversata dalle navicelle spaziali Voyager, le particelle e la luce irradiate dalle 100 miliardi di stelle della nostra galassia si scontrano con gli antichi resti del big bang. Questa miscela, la materia tra le stelle, è conosciuta come il mezzo interstellare. I suoi contenuti registrano il lontano passato del nostro sistema solare e possono predire indizi del suo futuro.

Le misurazioni dalla sonda New Horizons della NASA stanno rivedendo le nostre stime di una proprietà chiave del mezzo interstellare: quanto è spesso. I risultati pubblicati sull’Astrophysical Journal condividono nuove osservazioni secondo cui il mezzo interstellare locale contiene circa il 40% in più di atomi di idrogeno rispetto a quanto suggerito da alcuni studi precedenti. I risultati unificano una serie di misurazioni altrimenti disparate e gettano nuova luce sul nostro vicinato nello spazio

Proprio come la Terra si muove attorno al Sole, così il nostro intero sistema solare sfreccia attraverso la Via Lattea, a velocità superiori a 80.000 chilometri all’ora. Mentre navighiamo attraverso una nebbia di particelle interstellari, siamo schermati dalla bolla magnetica attorno al nostro Sole nota come eliosfera. Molti gas interstellari scorrono intorno a questa bolla, ma non tutti.

La nostra eliosfera respinge le particelle cariche che sono guidate dai campi magnetici. Ma più della metà dei gas interstellari locali sono neutri, il che significa che hanno un numero equilibrato di protoni ed elettroni. Mentre li solchiamo, i neutri interstellari filtrano, aggiungendo massa al vento solare.

“È come se tu stessi correndo attraverso una nebbia pesante, raccogliendo acqua“, ha detto Eric Christian, fisico spaziale presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, MD. “Mentre corri, i vestiti inzuppati ti rallentano.“

Subito dopo che quegli atomi interstellari si sono spostati nella nostra eliosfera, vengono colpiti dalla luce solare e dalle particelle del vento solare. Molti perdono i loro elettroni nel tumulto, diventando ioni caricati positivamente.

La quantità di ioni captanti rilevati da New Horizons rivela lo spessore della nebbia che stiamo attraversando. Proprio come un jogger diventa più umido correndo attraverso una nebbia più fitta, più ioni capta New Horizons, più densa deve essere la nebbia interstellare all’esterno.

MISURAZIONI DIVERGENTI – Pawel Swaczyna, ricercatore post-dottorato presso l’Università di Princeton e autore principale dello studio, ha utilizzato le misurazioni di SWAP per derivare la densità dell’idrogeno neutro allo shock terminale, dove il vento solare si scontra con il mezzo interstellare e rallenta bruscamente. Dopo mesi di accurati controlli e test, il numero che hanno trovato era di 0,127 particelle per centimetro cubo, o circa 120 atomi di idrogeno in uno spazio delle dimensioni di un litro di latte.

Questo risultato ha confermato uno studio del 2001 di Voyager 2, a circa 4 miliardi di chilometri di distanza, atto a misurare il rallentamento del vento solare all’arrivo sulla sonda. Il rallentamento, in gran parte dovuto all’intervento di particelle medie interstellari, ha suggerito una densità di idrogeno interstellare corrispondente, circa 120 atomi di idrogeno in uno spazio delle dimensioni di un quarto.

Ma gli studi più recenti convergevano attorno a un numero diverso. Gli scienziati che hanno utilizzato i dati della missione Ulisse della NASA, da una distanza leggermente più vicina al Sole di Giove, hanno misurato gli ioni captati e stimato una densità di circa 85 atomi di idrogeno in un quarto di spazio. Alcuni anni dopo, uno studio diverso che combinava i dati di Ulisse e Voyager ha trovato un risultato simile.

“Sai, se scopri qualcosa di diverso dal lavoro precedente, la tendenza naturale è quella di iniziare a cercare i tuoi errori“, ha detto Swaczyna.

Ma dopo aver scavato un po’, il nuovo numero ha cominciato ad assomigliare a quello giusto. Le misurazioni di New Horizons si adattano meglio alle osservazioni basate su stelle lontane. Le misurazioni di Ulisse, d’altra parte, avevano un difetto: sono state effettuate molto più vicino al Sole, dove gli ioni captati sono più rari e le misurazioni più incerte.

Per quanto riguarda i risultati combinati di Ulisse/Voyager, Swaczyna ha notato che uno dei numeri nel calcolo era obsoleto, inferiore del 35% rispetto al valore di consenso corrente. Il ricalcolo con il valore attualmente accettato ha fornito loro una corrispondenza approssimativa con le misurazioni di New Horizons e lo studio del 2001.

“Questa conferma del nostro vecchio risultato, quasi dimenticato, è una sorpresa“, ha detto Arik Posner, autore dello studio del 2001 presso la sede della NASA a Washington, DC. “Pensavamo che la nostra metodologia piuttosto semplice per misurare il rallentamento del vento solare fosse stata superata da studi più sofisticati condotti da allora, ma non così. “

Passare da 85 atomi in un litro di latte a 120 potrebbe non sembrare molto. Tuttavia, in una scienza basata su modelli come l’eliofisica, una modifica a un numero influisce a vicenda.

La nuova stima potrebbe aiutare a spiegare uno dei più grandi misteri degli ultimi anni. Non molto tempo dopo che la missione Interstellar Boundary Explorer o IBEX della NASA ha restituito il suo primo set di dati completo, gli scienziati hanno notato una strana striscia di particelle energetiche proveniente dal bordo anteriore della nostra eliosfera. Lo chiamavano “nastro IBEX“.

“Il nastro IBEX è stato una grande sorpresa: una struttura ai margini del nostro sistema solare larga un miliardo di chilometri circa, lunga 10 miliardi, che nessuno sapeva fosse lì”, ha detto Christian. “Ma anche quando abbiamo sviluppato i modelli per spiegare perché fosse lì, hanno dimostrato che non dovrebbe essere così brillante com’è.“

“La densità interstellare superiore del 40% osservata in questo studio è assolutamente critica“, ha affermato David McComas, professore di scienze astrofisiche presso l’Università di Princeton, ricercatore principale per la missione IBEX della NASA e coautore dello studio. “Questo non solo mostra che il nostro Sole è incorporato in una parte molto più densa dello spazio interstellare, ma può anche spiegare un errore significativo nei nostri risultati di simulazione rispetto alle effettive osservazioni dell’IBEX“.

Soprattutto, il risultato offre un’immagine migliore del nostro quartiere stellare locale.