Quand le Soleil fait de l'ombre pour les rayons cosmiques galactiques

Les chercheurs de la collaboration HAWC qui traquent les rayons cosmiques énergétiques depuis les pentes d'un volcan mexicain, ont exploité le fait que le Soleil influence les rayons cosmiques par son champ magnétique pour l’étudier de façon inédite avec cette sonde physique peu banale. Ils publient leurs travaux dans The Astrophysical Journal.

Parker Solar Probe et BepiColombo plongées dans une éjection de masse coronale...

Les 15 et 16 février 2022, plusieurs sondes spatiales ont mesuré l'un des événements de particules énergétiques solaires (SEP) les plus intenses observés jusqu'à présent au cours du cycle solaire 25. Des observations très intéressantes de Parker Solar Probe (PSP) et BepiColombo ont notamment été effectuées avec une configuration où les deux sondes étaient très proches l'une de l'autre à 0,34 et 0,37 UA du Soleil. Leng Ying Khoo (Princeton university) et ses collaborateurs fournissent une analyse non seulement des flux de particules reçus par PSP et BepiColumbo, mais aussi par de nombreux signaux d'autres sondes. Ils publient dans The Astrophysical Journal . 

Le lithium du Soleil

Une équipe d’astrophysiciens brésiliens a évalué l'effet combiné de l'âge et de la masse stellaire sur l'abondance du Lithium dans un échantillon de 153 étoiles de type solaire dont 74 nouvelles étoiles. Ils trouvent une incompatibilité avec les modèles stellaires standards. L’étude est publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Mesure du taux d'une réaction clé du cycle CNO du Soleil

Une équipe de physiciens états-uniens a mesuré la probabilité d'une réaction clé qui intervient dans le cycle CNO du Soleil, en la reproduisant en laboratoire souterrain. Il s'agit de la capture d'un proton par un noyau d'azote-14 qui produit un noyau d'oxygène-15. Cet isotope de l'oxygène se désintègre ensuite en azote-15 en émettant un neutrino, dont la détection est cruciale pour connaître la composition du Soleil en éléments plus lourds que l'hélium. Ils publient leurs résultats dans Physical Review C.

La crise de l'abondance solaire résolue par une physique plus détaillée

Depuis une quinzaine d'années, les astronomes étaient confrontés à un gros conflit au sujet du modèle de la structure interne du Soleil fondé soit sur des mesures d'héliosismologie ou soit sur l'évolution stellaire reposant sur des mesures de la composition chimique. Les deux ne collaient pas entre eux. Mais aujourd'hui une équipe de chercheurs vient de résoudre cette crise grâce à de nouveaux calculs de la physique de l'atmosphère du Soleil et une réévaluation des abondances chimiques solaires, et tout devient cohérent! On apprend au passage que le Soleil contient plus d'oxygène que ce qu'on pensait. L'étude est parue dans Astronomy&Astrophysics.

Les rayons gamma du Soleil observés ne collent pas au modèle théorique

Une équipe de chercheurs vient de suivre l'émission de rayons gamma du Soleil durant la totalité d'un cycle solaire, entre 2008 et 2020 avec le télescope Fermi-LAT. Il découvrent plusieurs écarts significatifs par rapport au modèle qui avait été développé pour expliquer ce rayonnement gamma à partir de l'interaction de rayons cosmiques. Ils publient leur étude détaillée dans Physical Review D.

Première détection des neutrinos du cycle CNO du Soleil

Les chercheurs de la collaboration Borexino viennent d'obtenir la première preuve expérimentale de l'existence du cycle de fusions nucléaires CNO (carbone-azote-oxygène) dans le Soleil. Ils ont pu le mettre en évidence grâce à la détection des neutrinos spécifiques qui sont produit dans ce processus. Ils publient leurs résultats dans Nature.

Sous le Soleil (exactement...)

Le Soleil connaît un cycle d'activité de 11 ans, qui se traduit par l'apparition de taches solaires de façon périodique. Ce cycle solaire se traduit aussi par une activité magnétique périodique et l'inversion du champ magnétique du Soleil tous les onze ans. Aujourd'hui, une équipe d'astrophysiciens révèle l'origine de ce cycle d'activité solaire, grâce à une étude d'héliosismologie. Une étude parue dans Science. 

Le Soleil est moins actif que les étoiles du même type

Le Soleil n’est pas une étoile comme les autres de sa catégorie, c’est ce que vient de montrer une équipe de chercheurs allemands, australiens et coréens après avoir analysé 369 étoiles similaires : ses variations de luminosité apparaissent beaucoup moins importantes. Une étude parue dans Science.

Anomalie chimique du Soleil : Jupiter en cause

La composition du Soleil est différente de celle de la majorité des étoiles similaires en température, gravité de surface et métallicité. Les éléments réfractaires (qui composent par ailleurs les planètes rocheuses) y sont notamment 10% moins abondants que dans ces autres étoiles, ce qui n'est pas le cas des éléments plus volatils. Deux astrophysiciens britanniques proposent une solution pour expliquer ce phénomène : tout serait la faute de Jupiter... Une étude parue dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Foison de résultats de Parker Solar Probe

En 1958, Eugene Parker avait démontré qu'une couronne solaire à plusieurs millions de degrés devait nécessairement produire une émission de particules qu'on appelle aujourd'hui le vent solaire. Il ne se doutait certainement pas que soixante ans plus tard, une sonde spatiale irait s'approcher au plus près du Soleil pour étudier ce même vent solaire, et bien d'autres phénomènes. Les premiers résultats de la sonde Parker Solar Probe (PSP) ont été publiés la semaine dernière dans un supplément spécial de The Astrophysical Journal : 52 articles de pointe issus des données enregistrées durant les deux premières orbites de la sonde.

Solar Orbiter : la nouvelle sonde d'exploration du Soleil

Au moment où les premiers (très nombreux) résultats de la sonde Parker Solar Probe sont publiés dans un supplément spécial de Astrophysical Journal (plus de 50 articles d'un coup consacrés aux seulement deux premières orbites de la sonde sur ses 24 prévus! nous y reviendrons...), c'est une autre sonde d'exploration du Soleil qui va prendre son envol dans quelques jours, lancée par une fusée Atlas V depuis Cap Canaveral :  une sonde conjointe entre les agences spatiales européenne et américaine, Solar Orbiter. Après une série de rebonds autour de Vénus et de la Terre, la sonde aura pour objectif d'étudier le Soleil à l'aide de nombreux instruments, dans une orbite très elliptique et hors écliptique. La mission est présentée cette semaine dans Nature Astronomy.

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.

Première observation d'une éjection de masse coronale sur une étoile autre que le Soleil

Pour la première fois, une éjection de masse coronale sur une autre étoile que le Soleil vient d'être identifiée et caractérisée. Cette énorme éruption à été découverte grâce au télescope spatial Chandra.

Grosse éruption solaire il y a 2679 ans

Une très forte éruption solaire a atteint la Terre en -660, elle a pu être détectée aujourd'hui par les traces laissées dans des arbres multicentenaires et des carottes glaciaires sous la forme de radioisotopes caractéristiques.

Le soleil produit parfois des flux de particules chargées importants, des protons qui sont accélérés par des reconnexions magnétiques apparaissant lors d'éruptions solaires, ou dans des ondes de choc associées à des éjections de masse coronale.

Ces protons suivent alors une trajectoire le long des lignes de champ magnétique qui peut ou non intercepter la trajectoire de la Terre le long de son orbite autour du Soleil. Lorsque de tels flux atteignent la Terre, ils peuvent devenir une véritable menace pour nos sociétés fondées sur des réseaux électriques, très vulnérables, sans compter les transports aériens où les systèmes satellitaires.

Les éruptions et autres tempêtes solaires sont suivies de près seulement depuis environ 60 ans, que ce soit par des détecteurs au sol ou bien en orbite. Pour connaître les événements antérieurs, des traces cosmogéniques doivent donc être recherchées. Or, les protons énergétiques en bombardant l'atmosphère de la Terre, produisent des réactions nucléaires qui vont mener à la formation de plusieurs isotopes radioactifs : le carbone-14 (réaction (p,n) sur l'azote-14), le Béryllium-10 (réaction (p,𝛼) sur l'azote-14, ainsi que le chlore-36 (réaction (p,2p) sur l'argon-37)

Paschal O’Hare (Université de Lund) et ses collaborateurs internationaux, pour étudier les différents événements qui ont pu toucher ainsi la Terre, se sont intéressés aux glaciers du Groenland, dont les couches successives renferment l'historique de l'atmosphère terrestre sur plusieurs milliers d'années, et notamment les divers isotopes radioactifs présents au temps T.

L'analyse de deux carottes de glace montre une très importante augmentation de ces trois isotopes environ 2610 ans avant le "Présent" (en géochronologie, le "Présent" est le temps de référence, qui correspond à l'année 1950. Cette brutale montée de rayonnement cosmique solaire a donc eu lieu vers -660.

Cet événement est seulement le troisième du genre a avoir pu être reconnu comme tel dans les archives naturelles terrestres. Les deux autres ont eu lieu respectivement en 775 de notre ère puis en 994. Ces deux événements, qui avait pu être détectés grâce à l'analyse du carbone-14 des anneaux de troncs d'arbres multicentenaires ont d'ailleurs été confirmés par les analyses isotopiques des chercheurs qui publient cette semaine leur résultats dans les Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. L'événement de -660 est 10 fois plus puissant que l'événement du 23 février 1956 qui était celui le plus intense mesuré par des instruments (1,8 × 10⁹ protons/cm² de plus 30 MeV), et  il est comparable avec l'événement le plus violent "enregistré", celui de 775. Le flux de protons de plus de 30 MeV aurait atteint 2,09 × 10¹⁰ protons/cm², de quoi avoir des conséquences très importantes sur une société technologique.

Si seulement du carbone-14 avait été trouvé, l'origine solaire serait incertaine, le carbone-14 ayant pu être produit par des rayons cosmiques galactiques issus d'une explosion de supernova proche. Mais le fait de trouver en même temps du Béryllium-10 et du Chlore-36, tous les deux des produits de réactions de spallation par des protons énergétiques, fait résolument pencher les chercheurs vers une brutale activité solaire.

Ce que montrent surtout ces résultats, c'est que bien que des telles tempêtes solaires soient rares, elles apparaissent néanmoins récurrentes et reflètent la nature un peu instable de notre étoile, contre laquelle nous ne pouvons rien faire...

Source

Multiradionuclide evidence for an extreme solar proton event around 2,610 B.P. (∼660 BC)

Paschal O’Hare et al. 

Proceedings of the National Academy of Science (March 11, 2019)

https://doi.org/10.1073/pnas.1815725116

Illustrations

1) Vue d'artiste d'une tempête solaire (NASA)

2) Evolution de la concentration en radioisotopes (Paschal O’Hare et al., PNAS)

Une émission gamma étrange sur le Soleil durant les minimums des cycles solaires

L'émission gamma à très haute énergie en provenance du Soleil est très mal comprise. Une nouvelle analyse du flux gamma solaire mesuré par le télescope gamma Fermi-LAT montre un effet étrange apparaissant lors du minimum d'activité solaire.

Observation inédite d'une rotation différentielle dans 13 étoiles

Le Soleil tourne plus vite à son équateur qu'aux plus hautes latitudes, des observations de cette rotation différentielle ayant été suivies depuis très longtemps par le mouvement des taches solaires. Jusqu'à aujourd'hui, on n'avait jamais observé une telle rotation différentielle sur d'autres étoiles, mais grâce à des mesures d'astérosismologie obtenues avec le télescope Kepler, le phénomène a été identifié sur une grosse dizaine d'étoiles similaires au Soleil.

L'intensité des éruptions solaires peut être prédite

Le mécanisme qui est à l'origine des tempêtes solaires, petites ou grandes, semble avoir été percé à jour par des chercheurs français, leur travail théorique remarquable fait la Une de la revue Nature cette semaine.

Le mouvement de Mercure pour sonder les lois physiques fondamentales

Toutes les planètes de notre système solaire sont en train de s'éloigner du Soleil. Pour la Terre, au rythme de 1,5 cm par an. La cause de ce phénomène est que le Soleil perd de la masse, comme des mesures de la sonde MESSENGER autour de Mercure viennent de le démontrer, en même temps qu'elle a vérifié des paramètres physiques fondamentaux.

Observation de nano-éruptions solaires à 10 millions de degrés

Pour étudier les rayons X, il faut nécessairement sortir de l'atmosphère terrestre. Pour un coût bien plus faible que celui d'un télescope en orbite, les astrophysiciens peuvent utiliser des fusées de courte portée emportant des instruments, pour quelques minutes d'observations. Le second vol de l'instrument FOXSI vient ainsi de fournir ses résultats et montre des phénomènes solaires que les astronomes cherchaient à voir depuis des années : des micro-éruptions solaires.