Ricerca

Attività di ricerca all’IRSOL

L’IRSOL indirizza la sua attività di ricerca verso la fisica solare. La qualità della strumentazione — risultato di uno sviluppo multidecennale — permette di ottenere osservazioni uniche nel campo della spettropolarimetria solare ad alta precisione.

Attualmente le attività di ricerca si focalizzano nei tre seguenti campi di indagine:

A) osservazioni spettropolarimetriche e sviluppo strumentale
B) creazione di modelli teorici sulla generazione e trasporto della radiazione polarimetrica nel Sole
C) simulazioni numeriche dell’atmosfera solare e del trasporto radiativo.

Lo scopo generale della ricerca effettuata all’IRSOL è quello di studiare le condizioni fisiche presenti nell’atmosfera solare, con enfasi in particolare sul suo magnetismo e i processi fisici coinvolti. Grazie alla presenza di ricercatori con competenze nei tre campi di indagine sopracitati, si possono creare delle sinergie volte al raggiungimento degli obiettivi.

A) Osservazioni spettropolarimetriche e sviluppo strumentale

La capacità di svolgere delle misure spettropolarimetriche uniche al mondo è una delle principali ragioni del successo dell’IRSOL. Lo strumento che permette queste osservazione è il polarimetro ZIMPOL (Zurich IMaging POLarimeter), sviluppato originariamente al Politecnico Federale di Zurigo. Lo strumento è nel frattempo evoluto in modo significativo e attualmente è in funzione la terza versione ZIMPOL-3 (vedi articolo di riferimento) messa a punto all’IRSOL in collaborazione con la SUPSI. Il relativo sviluppo dell’hardware e del software, continua con l’obiettivo di sfruttare al meglio le potenzialità delle tecnologia CCD odierna. Il telescopio Gregory-Coudé e lo spettrografo dell’IRSOL sono particolarmente adatti per ottenere delle misure spettropolarimetriche di qualità. Un filtro Fabry-Perot è pure a disposizione.

Inoltre vengono organizzate dall’IRSOL delle campagne di osservazione presso i maggiori telescopi solari mondiali come al telescopio tedesco GREGOR situato a Tenerife. In tal modo si possono ottenere osservazioni ad altra risoluzione spaziale.

B) Modelli teorici

Buona parte dell’attività di ricerca nell’ambito dei modelli teorici è dedicata ai meccanismi fisici responsabili della generazione e del trasporto radiativo polarizzato nell’atmosfera solare, nonché del meccanismo attraverso il quale il campo magnetico lascia le sue tracce nella radiazione elettromagnetica polarizzata. Considerando tali meccanismi, vengono modellati i profili dell’intensità e della polarizzazione delle righe spettrali, risolvendo le equazioni del trasporto radiativo polarizzato in modelli realistici della atmosfera solare in condizioni di assenza di equilibrio termodinamico locale. Uno degli obiettivi principali di questa attività di ricerca consiste nello sviluppo di metodi diagnostici innovativi, per lo studio del campo magnetico presente nell’atmosfera solare in modo da ricavare informazioni altrimenti non raggiungibili con le tecniche convenzionali che si basano sull’effetto Zeeman.

C) Simulazioni numeriche

Attualmente, vengono svolte svariate simulazioni magneto-idrodinamiche tridimensionali di una sezione del Sole in prossimità della superficie. I calcoli vengono svolti sul super-calcolatore svizzero (Swiss National Supercomputing Center — CSCS) a Lugano. Le simulazione sono eseguite modificando vari parametri fisici, la risoluzione spaziale e le condizioni di intorno, al fine di comprendere il magnetismo del Sole e delle stelle simili ad esso. Inoltre si cerca di capire l’effetto dinamo turbolento che si pensa agisca nella zona convettiva del Sole. Si intende inoltre studiare le variazioni dell’emissione radiativa in funzione del campo magnetico. Da questi modelli dinamici, vengono poi estratte delle mappe di polarizzazione sintetiche che permettono un confronto con le osservazioni polarimetriche effettuate all’IRSOL.

In un prossimo futuro si intende includere nelle simulazioni numeriche ulteriori effetti fisici, quali la conduzione termica, effetti di fluidi non ideali e di ionizzazione non equilibrata, al fine di meglio comprendere gli ancora enigmatici strati più esterni dell’atmosfera solare. Molto interessante sarebbe poi aumentare la risoluzione spaziale e/o allargare la scala di copertura della simulazione, in modo da meglio comprendere la dinamo solare e la generazione dei campi magnetici su piccola e larga scala.

Attraverso queste attività di ricerca, si sviluppano metodi e codici numerici legati alla magneto-idrodinamica radiativa e al trasporto radiativo, i quali vengono applicati ai dati simulati dell’atmosfera solare.