lundi 2 décembre 2019

Soleil : des cavités résonantes juste au dessus des taches solaires


Pourquoi la couronne solaire est beaucoup plus chaude que la surface du Soleil alors qu'elle en est très éloignée ? Une équipe d'astrophysiciens apporte aujourd'hui une réponse en expliquant par l'observation pourquoi et comment les ondes magnétohydrodynamiques s'intensifient dans les couches internes du Soleil jusqu'à sa surface. Une étude parue dans Nature Astronomy.




Depuis plus de soixante ans, les observations du Soleil montrent que les ondes magnétohydrodynamiques qui sont notamment associées aux taches solaires gagnent énormément en vitesse lorsqu'elles quittent l'intérieur solaire, passant de quelques centaines de mètres par seconde à plusieurs milliers de kilomètres par seconde. Mais les spécialistes ne comprenaient pas les raisons de ce comportement. Les très hautes températures de la couronne solaire (plusieurs millions de degrés), alors que la surface de notre étoile n'est que de 6000 degrés environ, sont également un grand mystère depuis très longtemps et pourraient y être lié d'une manière ou d'une autre. 

David Jess (Queen's University, Belfast) et ses collaborateurs européens et américains se sont attaqués à cette problématique sous l'angle de la spectroscopie du Soleil, au sein d'un consortium appelé WaLSA (Waves in the lower solar atmosphere). Ils ont utilisé pour cela le télescope solaire Dunn au Nouveau Mexique. L'étude à haute résolution des spectres caractéristiques de différentes couches du Soleil leur a permis de comprendre le mouvement des ondes magnétohydrodynamiques, et pourquoi les couches externes du Soleil sont plus chaudes que les couches internes. Les chercheurs ont observé des raies du silicium, émanant de la proximité de la surface, et des raies du calcium et de l'hélium, provenant de la chromosphère, où une amplification des ondes de magnétiques est manifeste. Les vitesses du plasma ont ainsi été mesurées, et avec elles les fréquences des ondes associées.
Jess et ses collaborateurs découvrent à partir de leurs données qu'il existe une véritable cavité résonante, comme un résonateur acoustique, juste au dessus des taches solaires hautement magnétisées. Ce type de cavité résonante est produit selon eux par les gradients de température conséquents qui apparaissent dans la photosphère. La différence de température entre la surface et la couronne crée des frontières qui sont réflectives et donc une zone qui piège les ondes magnétohydrodynamiques. Lorsque ces dernières sont piégées, elles se retrouvent amplifiées et s'intensifient très fortement.

A travers des comparaisons avec les simulations à haute résolution qu'ils ont effectuées, les astrophysiciens fournissent une nouvelle approche "sismologique" pour cartographier indirectement la stratification de la température le long du diamètre de la tache solaire sous-jacente et ce sur une distance dans la chromosphère comprise entre 1300 et 2300 km au dessus de la surface. A partir d'une répartition en 2 dimensions, les chercheurs arrivent à déterminer la structure tri-dimensionnelle des régions actives du Soleil.
Jess et ses collaborateurs trouvent que c'est l'épaisseur de la cavité résonante qui est le facteur principal qui gouverne les caractéristiques du mouvement des ondes de plasma.
Les cavités résonantes de plasma sont donc à la fois une cause et une conséquence des très fortes températures qui existent dans la couronne solaire. 


Source

A chromospheric resonance cavity in a sunspot mapped with seismology.
David Jess et al. 
Nature Astronomy (2 december 2019)
https://doi.org/10.1038/s41550-019-0945-2


Illustration

Exemple de taches solaires (NASA/SDO and the AIA, EVE, and HMI science teams/ Royal Swedish Academy of Sciences - Göran Scharmer and Mats Löfdahl)