Quali forze accelerano le particelle intorno alla Terra quasi alla velocità della luce

È stato dimostrato che alcune tempeste solari registrate nell’ultimo decennio accelerano le particelle nella magnetosfera terrestre quasi alla velocità della luce. La missione Van Allen Probes della NASA, che consisteva in due satelliti e ha sondato le fasce di radiazione del nostro pianeta tra il 2012 e il 2019, ha registrato più elettroni veloci durante queste tempeste, oltre ad altre tempeste che non le hanno accelerate.

Un team di fisici che collaborano con il Centro Helmholtz di Potsdam (Germania) ha studiato il motivo per cui è dovuta la differenza di energia degli elettroni intercettati in circostanze simili. Secondo il loro studio recentemente pubblicato, questa accelerazione ha a che fare con la densità del plasma (la miscela di particelle cariche, considerata il quarto stato di aggregazione della materia), un parametro che gli autori descrivono come “molto difficile da misurare direttamente”.

Secondo i nuovi dati, proprio le condizioni di “esaurimento del plasma a freddo estremo” hanno l’effetto che l’energia degli elettroni aumenta da centinaia di kiloelettronvolt a più di 7 megaelettronvolt. Questo cambiamento si è verificato solo quando la densità del plasma è scesa a valori bassi come dieci particelle per centimetro cubo (un valore dieci volte inferiore al normale) durante le misurazioni orbitali.

I ricercatori ipotizzano che gli elettroni possano prelevare energia dalle onde del plasma e che questo meccanismo possa essere comune con le magnetosfere di pianeti come Giove e Saturno, secondo una pubblicazione del Centro Helmholtz rilasciata il 2 febbraio.

Per accelerare a velocità prossime a quella della luce, le particelle non necessitano, come precedentemente ipotizzato, di un processo a due stadi: prima viaggiano dalla regione esterna della magnetosfera verso la cintura di radiazione interna e poi sparano nella direzione opposta.

Le cinture di James Van Allen

Le cinture di radiazione, quella superiore e quella inferiore, da cui provengono questi elettroni veloci, hanno insieme la forma di una ciambella che si estende fino a 20 mila Km sulle regioni equatoriali del pianeta (con uno spazio sulle regioni polari).

Sono un fenomeno descritto per la prima volta dieci anni fa e prendono il nome da James Van Allen, il loro scopritore, in onore del quale è stata anche chiamata la missione della NASA che li ha studiati. L’anno scorso gli scienziati hanno definito queste cinture di Van Allen un “gigantesco acceleratore di particelle nel cielo“.

Queste nuove stime sono state possibili grazie all’applicazione di un modello digitale ai dati sulla densità del campo magnetico e del plasma, tra altri possibili fattori, ottenuti durante il volo delle sonde della missione Van Allen Probes.

---

Fonti:

• Gyroresonant wave-particle interactions with chorus waves during extreme depletions of plasma density in the Van Allen radiation belts [Science Advances]
• How do electrons close to Earth reach almost the speed of light? [EurekAlert]
• Giant particle accelerator in the sky | Electrons are locally heated to extremely high energies within the Van Allen Radiation Belts, new study finds [Science Daily]