Il y a un profond mystère dans notre soleil. Alors que la température à la surface du soleil mesure environ 10 000 degrés Fahrenheit, son atmosphère extérieure, connue sous le nom de couronne solaire, mesure plutôt 2 millions de degrés Fahrenheit, soit environ 200 fois plus chaude.
Cette augmentation de la température à l’écart du soleil laisse perplexe et reste un mystère non résolu depuis 1939, lorsque la température élevée de la couronne a été identifiée pour la première fois. Au cours des décennies qui ont suivi, les scientifiques ont tenté de déterminer le mécanisme qui pourrait provoquer ce réchauffement inattendu, mais jusqu’à présent, ils n’ont pas réussi.
Aujourd’hui, une équipe dirigée par Sayak Bose, chercheur au Laboratoire de physique des plasmas (PPPL) de Princeton du Département américain de l’énergie (DOE), a fait des progrès significatifs dans la compréhension du mécanisme de chauffage sous-jacent. Leurs découvertes récentes montrent que les ondes de plasma réfléchies pourraient provoquer le chauffage des trous coronaux, qui sont des régions de faible densité de la couronne solaire avec des lignes de champ magnétique ouvertes s’étendant dans l’espace interplanétaire. Ces découvertes représentent un progrès majeur vers la résolution de l’un des dilemmes les plus mystérieux concernant notre étoile la plus proche.
« Les scientifiques savaient que les trous coronaux ont des températures élevées, mais le mécanisme sous-jacent responsable de l’échauffement n’est pas bien compris », a déclaré Bose, l’auteur principal de l’étude. papier rendre compte des résultats dans Le journal d’astrophysique. « Nos résultats révèlent que la réflexion des ondes plasmatiques peut faire l’affaire. Il s’agit de la première expérience en laboratoire démontrant que les ondes d’Alfvén se reflètent dans des conditions liées aux trous coronaux. »
Prédites pour la première fois par le physicien suédois et prix Nobel Hannes Alfvén, les ondes qui portent son nom ressemblent aux vibrations des cordes de guitare pincées, sauf que dans ce cas, les ondes de plasma sont provoquées par des champs magnétiques ondulants.
Bose et d’autres membres de l’équipe ont utilisé la colonne de plasma de 20 mètres de long du Large Plasma Device (LAPD) de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) pour exciter les ondes d’Alfvén dans des conditions imitant celles qui se produisent autour des trous coronaux.
L’expérience a démontré que lorsque les ondes d’Alfvén rencontrent des régions de densité de plasma et d’intensité de champ magnétique variables, comme c’est le cas dans l’atmosphère solaire autour des trous coronaux, elles peuvent être réfléchies et reculer vers leur source. La collision des ondes projetées vers l’extérieur et réfléchies provoque des turbulences qui, à leur tour, provoquent un échauffement.
« Les physiciens ont longtemps émis l’hypothèse que la réflexion des ondes d’Alfvén pourrait aider à expliquer l’échauffement des trous coronaux, mais il a été impossible de le vérifier en laboratoire ou de le mesurer directement », a déclaré Jason TenBarge, chercheur invité au PPPL, qui a également contribué à l’étude. recherche.
« Ce travail fournit la première vérification expérimentale que la réflexion des ondes d’Alfvén est non seulement possible, mais aussi que la quantité d’énergie réfléchie est suffisante pour chauffer les trous coronaux. »
Parallèlement aux expériences en laboratoire, l’équipe a effectué des simulations informatiques des expériences, qui ont corroboré la réflexion des ondes d’Alfvén dans des conditions similaires aux trous coronaux.
« Nous effectuons régulièrement de multiples vérifications pour garantir l’exactitude de nos résultats observés », a déclaré Bose, « et la réalisation de simulations était l’une de ces étapes. La physique de la réflexion des ondes d’Alfvén est très fascinante et compliquée. Il est étonnant de voir à quel point les expériences de laboratoire de physique fondamentales sont profondément fondamentales. et les simulations peuvent améliorer considérablement notre compréhension des systèmes naturels comme notre soleil.
Les collaborateurs comprenaient des scientifiques de l’Université de Princeton, de l’Université de Californie à Los Angeles et de l’Université de Columbia.
Plus d’informations :
Sayak Bose et al, Étude expérimentale de la réflexion des ondes d’Alfvén à partir d’un gradient de vitesse d’Alfvén relatif aux trous coronaux solaires, Le journal d’astrophysique (2024). DOI : 10.3847/1538-4357/ad528f