Déverrouiller l'un des secrets les plus persévérants du Soleil

Un groupe de scientifiques de l’Institut Max Planck de recherche sur le système solaire (MPS) en Allemagne a fait des progrès significatifs dans la compréhension de l’un des mystères les plus épineux du Soleil : comment notre étoile propulse-t-elle les particules qui composent le Soleil ? vent solaire dans l'espace?

Les informations offrent une perspective distincte d'une région cruciale de la couronne solaire qui était auparavant difficile à atteindre pour les chercheurs. Là, l’équipe a enregistré pour la première fois un réseau dynamique de structures plasmatiques qui ressemblent à une longue toile entrelacée. Une image distincte apparaît lorsque les données de diverses sondes spatiales et des simulations informatiques complètes sont combinées : l'énergie magnétique est déchargée et les particules s'échappent dans l'espace où les structures allongées de la toile coronale interagissent.

Les satellites géostationnaires opérationnels environnementaux (GOES) de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) des États-Unis se sont traditionnellement préoccupés d'autres choses que la Dimanche.

Une campagne d’observation exploratoire visant à imager la couronne solaire étendue a eu lieu en août et septembre 2018. Pendant plus d’un mois, l’imageur solaire ultraviolet (SUVI) de GOES a regardé directement le Soleil comme il le fait habituellement et a capturé des images de chaque côté de celui-ci.

Le Dr Dan Seaton du SwRI, qui a servi comme scientifique en chef du SUVI pendant la campagne d'observation, a déclaré : « Nous avons eu la rare opportunité d’utiliser un instrument de manière inhabituelle pour observer une région encore peu explorée. Nous ne savions même pas si cela fonctionnerait, mais si cela fonctionnait, nous ferions des découvertes importantes. »

La couronne intermédiaire, une couche de l'atmosphère solaire située à 350 XNUMX kilomètres au-dessus du visible surface du Soleil, a pu être photographié pour la première fois en lumière ultraviolette en intégrant les photos sous différents angles de vue, ce qui a considérablement augmenté le champ de vision de l’instrument.

Le Dr Pradeep Chitta de MPS, auteur principal de la nouvelle étude, a déclaré : « Au milieu de la couronne, la recherche solaire présente une sorte d’angle mort. Les données GOES apportent désormais une amélioration significative. Dans la couronne centrale, les chercheurs soupçonnent des processus qui entraînent et modulent le vent solaire.

L’un des aspects les plus étendus de notre étoile est le vent solaire. L’héliosphère, une bulle de plasma raréfié qui désigne la sphère d’influence du Soleil, est créée par le flux de particules chargées que le Soleil lance dans l’espace et se déplace jusqu’aux limites de notre système solaire. Le vent solaire est divisé en composantes rapides et lentes en fonction de sa vitesse. L’intérieur des trous coronaux, zones qui apparaissent sombres sous le rayonnement ultraviolet coronal, est le point de départ de ce que l’on appelle le vent solaire rapide, qui peut se déplacer à plus de 500 kilomètres par seconde. On en sait cependant moins sur les origines de la lenteur du vent solaire. Cependant, même les particules lentes du vent solaire voyagent dans l’espace à des vitesses supersoniques de 300 à 500 km/s.

Le plasma coronal chaud de plus d'un million de degrés doit s'échapper du Soleil pour former le lent vent solaire. Quel mécanisme est à l’œuvre ici ? De plus, le vent solaire lent n’est pas homogène mais révèle, au moins en partie, une structure en forme de rayons de banderoles clairement distinguables. D’où et comment proviennent-ils ? Telles sont les questions abordées dans la nouvelle étude.

Une région proche de l'équateur peut être vue dans les données GOES qui ont retenu l'attention des chercheurs : deux trous coronaux, où le vent solaire s'éloigne du Soleil sans entrave, à proximité d'une zone avec un champ magnétique puissant. Ces interactions systémiques sont considérées comme les origines potentielles de la lenteur du vent solaire.

La couronne médiane au-dessus de cette région est représentée par des structures de plasma allongées qui pointent radialement vers l'extérieur dans les données GOES. Ce phénomène, observé directement pour la première fois, est qualifié par l'équipe de l'auteur de réseau coronal. Les structures du Web interagissent et se réorganisent fréquemment.

Les chercheurs savent depuis longtemps que le plasma solaire de la couronne externe présente une architecture similaire. Depuis des décennies, le coronographe LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) embarqué à bord du vaisseau spatial SOHO, qui a célébré son 25e anniversaire l'année dernière, fournit des images de cette région en lumière visible.

Les scientifiques pensent que le vent solaire lent qui commence son voyage dans l’espace a une structure similaire à celle d’un courant-jet. Comme l’a démontré de manière impressionnante une étude récente, cette structure prédomine déjà au milieu couronne.

Les chercheurs ont également examiné les informations provenant d'autres sondes spatiales pour mieux comprendre le phénomène : une image contemporaine de la surface du Soleil a été fournie par le Solar Dynamics Observatory (SDO) de la NASA, tandis qu'une vue latérale a été fournie par le vaisseau spatial STEREO-A, qui tourne autour du Soleil avant la Terre depuis 2006.

Le Dr Cooper Downs de Predictive Science Inc., qui a effectué les simulations informatiques, a déclaré : « Grâce à des techniques informatiques modernes intégrant des observations du Soleil par télédétection, les chercheurs peuvent utiliser des superordinateurs pour créer des modèles 3D réalistes du champ magnétique insaisissable de la couronne solaire. Dans cette étude, l’équipe a utilisé un modèle magnétohydrodynamique avancé (MHD) pour simuler le champ magnétique de la couronne et l’état du plasma pour cette période.

Le Dr Cooper Downs de Predictive Science Inc., qui a effectué les simulations informatiques, a déclaré : "Cela nous a aidé à relier la dynamique fascinante que nous avons observée dans la couronne moyenne aux théories dominantes sur la formation du vent solaire."

Chitta a affirmé Valérie Plante., « Comme le montrent les calculs, les structures de la toile coronale suivent les lignes du champ magnétique. Notre analyse suggère que l’architecture du champ magnétique dans la couronne moyenne est imprimée sur le vent solaire lent et joue un rôle important dans l’accélération des particules dans l’espace. Selon les nouveaux résultats de l’équipe, le plasma solaire chaud dans la couronne centrale circule le long des lignes de champ magnétique ouvertes de la toile coronale. Là où les lignes de champ se croisent et interagissent, de l’énergie est libérée.

« Tout porte à croire que les chercheurs se concentrent sur un phénomène fondamental. Pendant les périodes de forte activité solaire, des trous coronaux se produisent souvent près de l’équateur, à proximité immédiate de zones à forte intensité de champ magnétique. Il est donc peu probable que le réseau coronaire que nous avons observé soit un cas isolé.

L’équipe espère obtenir des informations plus approfondies et plus détaillées sur les futures missions solaires. Certaines d’entre elles, comme la mission Proba-3 de l’ESA prévue pour 2024, sont équipées d’instruments ciblant la couronne moyenne. Le MPS participe au traitement et à l'analyse des données de cette mission. Associées aux données d'observation des sondes actuellement en activité telles que Parker Solar Probe de la NASA et Solar Orbiter de l'ESA, qui quittent la ligne Terre-Soleil, cela permettra de mieux comprendre la structure tridimensionnelle de la toile coronale.

Journal de référence:

1. L.P. Chitta, D.B. Seaton, C. Downs, C.E. DeForest, A.K. Higginson. Observations directes d'un réseau coronal complexe entraînant un vent solaire lent et hautement structuré. Nature Astronomie, 24 novembre 2022. DOI : 10.1038/s41550-022-01834-5