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Concept artistico della navicella spaziale Voyager della NASA. Ph. Credit: NASA / JPL-Caltech

Il 25 agosto 2012, la sonda Voyager 1 della NASA ha attraversato il confine dell’eliosfera, diventando il primo oggetto costruito dall’uomo ad entrare, e misurare, lo spazio interstellare. Da allora abbiamo potuto misurare e intercettare i segnali dallo spazio interstellare, quella sconfinata porzione di spazio che si estende oltre l’eliosfera.

Ora, dopo otto anni dal momento in cui Voyager 1 è entrata nello spazio interstellare, un attento ascolto dei dati registrati dalla sonda ci potrebbe fornire nuovi dettagli sulle caratteristiche del confine tra l’eliosfera e lo spazio interstellare.

 

Segnali dallo spazio interstellare registrati da Voyager 1

Voyager si trova infatti in un luogo dove percepisce ancora la scia dell’eliosfera, ma inizia anche a percepire l’agitazione proveniente dallo spazio profondo. Alla fine, la presenza della nostra eliosfera svanirà completamente dalle sue misurazioni, ma come afferma Stella Ocker, Ph.D. studente alla Cornell University, e membro del team Voyager. “non siamo del tutto sicuri di quando raggiungeremo quel punto.”

E quel momento potrebbe non essere troppo lontano. Il nuovo studio realizzato dalla dottoressa Ocker, pubblicato su Nature Astronomy, sembra infatti aver individuato la prima misurazione continua della densità del materiale nello spazio interstellare.

Come ha affermato la dottoressa, “questo rilevamento ci offre un nuovo modo per misurare la densità dello spazio interstellare e ci apre un nuovo percorso per esplorare la struttura del mezzo interstellare molto vicino”.

 

Lo spazio profondo al di fuori dell’eliosfera

Lo spazio interstellare è un oceano di particelle, radiazioni e materia. E come l’oceano non sempre è calmo e non in tutti i punti. Al suo interno spesso vi sono onde agitate e turbolenze, le più grandi provengono dalla rotazione della nostra galassia, poiché lo spazio si spalma su se stesso e presenta ondulazioni di decine di anni luce.

Onde più piccole si originano invece dalle esplosioni delle supernova, e poi ci sono quelle ancora più piccole che provengono solitamente dal nostro Sole, dato che le eruzioni solari inviano onde d’urto attraverso lo spazio che oltrepassano i confini dell’eliosfera.

Questi segnali dallo spazio interstellare, queste onde che Voyager forse sta misurando, ci rivelano indizi sulla densità del mezzo interstellare, un valore importante per la nostra comprensione della forma dell’eliosfera, della formazione stellare e persino della nostra posizione nella Via Lattea.

 

Il viaggio e le misurazioni di Voyager 1 al di fuori del Sistema Solare

Quando queste onde riverberano nello spazio, fanno vibrare gli elettroni intorno a loro, che risuonano a frequenze caratteristiche a seconda di quanto sono vicini tra di loro. Più alta è la frequenza delle onde e quindi il tono dello squillo, maggiore è la densità degli elettroni. Il sottosistema Plasma Wave del Voyager 1 è stato progettato proprio per sentire quel suono.

Soltanto tre mesi dopo essere penetrata nello spazio interstellare, nel novembre 2012, Voyager 1 ha sentito per la prima volta i suoni interstellari e dopo altri tre mesi ha udito un nuovo squillo, più forte e ancora più acuto del primo. Questo suggeriva che man mano che Voyager 1 vi si addentrasse, il mezzo interstellare sembrava diventare più spesso e anche molto rapidamente.

Dai dati odierni di Voyager appare che questi fischi momentanei si presentano a intervalli irregolari. Come spiega Ocker “sono stati osservati solo una volta all’anno, quindi fare affidamento su questo tipo di eventi fortuiti significa che la nostra mappa della densità dello spazio interstellare era piuttosto scarsa”.

 

I segnali dallo spazio interstellare: l’emissione di onde di plasma

Per questo la dottoressa Ocker ha deciso di cercare una misura della densità media interstellare per colmare le lacune che abbiamo. Una misura che non dipenda dalle onde d’urto occasionali che si propagano dal Sole.

Dopo aver esaminato i dati di Voyager 1, alla ricerca di segnali deboli ma coerenti, ha trovato, a metà del 2017, quello che sembra essere un candidato promettente, proprio in concomitanza con la registrazione da parte di Voyager 1 di un altro fischio. Si tratta di un segnale persistente, una serie di onde di lunga durata là dove in precedenza Voyager rilevava solo esplosioni sporadiche.

Come spiega la dottoressa Ocker, “è praticamente un tono unico. Nel tempo, lo sentiamo cambiare, ma il modo in cui la frequenza si muove ci dice come cambia la densità dello spazio interstellare.

Questi segnali dallo spazio interstellare sono chiamati dalla dottoressa Ocker, emissioni di onde di plasma che sembrano tracciare la densità dello spazio interstellare. La dottoressa ha notato che quando Voyager 1 ha registrato i fischi improvvisi, anche il tono dell’emissione di onde di plasma sale e scende assieme ai fischi.

Inoltre questo segnale assomiglia a ciò che viene osservato nell’alta atmosfera terrestre, dove sapiamo che le misurazioni corrispondono ai cambiamenti della densità degli elettroni.

 

Misurare la densità dello spazio interstellare: il primo passo per conoscerlo

Secondo la dottoressa Ocker dunque, grazie all’emissione di onde di plasma “siamo in grado di campionare regolarmente la densità su un tratto di spazio molto lungo. Questo ci fornisce la mappa più completa della densità e del mezzo interstellare visto da Voyager.”

Basandosi su questo segnale, è emerso che la densità di elettroni misurata da Voyager 1 ha iniziato ad aumentare nel 2013 e ha raggiunto i suoi livelli attuali intorno alla metà del 2015, un aumento di densità di circa 40 volte. La sonda sembra trovarsi dunque in un intervallo di densità piuttosto omogeneo, con alcune fluttuazioni, mostrato dall’enorme set di dati registrato sino agli inizi del 2020.

Il prossimo passo, per Ocker ed i suoi colleghi, sarà quello di riuscire a sviluppare un modello fisico di come ha origine l’emissione di onde di plasma, riuscendo dunque ad avere la giusta chiave per analizzarla ed interpretarla.

Ph. Credit: NASA / JPL-Caltech

Riferimento: “Onde di plasma persistenti nello spazio interstellare rilevate da Voyager 1” di Stella Koch Ocker, James M. Cordes, Shami Chatterjee, Donald A. Gurnett, William S. Kurth e Steven R. Spangler, 10 maggio 2021, Nature Astronomy.