Une nouvelle étude utilisant le télescope solaire Goode de l’observatoire solaire de Big Bear a mis en évidence une énergie ondulatoire intense provenant de l’ombre des taches solaires qui pourrait maintenir des températures de l’ordre du million de degrés dans la couronne du Soleil. Bien que cette découverte permette de mieux comprendre le problème du chauffage coronal du Soleil, le mystère n’est pas encore complètement résolu.
Grâce aux données du télescope solaire Goode de l’observatoire solaire de Big Bear, les chercheurs ont découvert une énergie ondulatoire intense dans la région la plus froide du Soleil, l’ombre des taches solaires, qui est à l’origine de températures déroutantes dans la haute atmosphère de l’étoile.
À près de cinq mille kilomètres au-dessus de la surface du Soleil se pose une question vieille d’un siècle pour les physiciens solaires : comment les températures dans la haute atmosphère de l’étoile, ou couronne, sont-elles des centaines de fois plus élevées que les températures à la surface visible du Soleil ?
Une équipe internationale de scientifiques a apporté une nouvelle réponse à cette question – communément appelée le problème du chauffage coronal du Soleil – grâce à de nouvelles données d’observation obtenues avec le télescope solaire Goode (GST) de 1,6 mètre de l’Observatoire solaire de Big Bear (BBSO), exploité par le Centre de recherche solaire terrestre (CSTR) de l’Institut national de technologie (NJIT).
Dans une étude publiée récemment dans la revue Nature Astronomy, des chercheurs ont dévoilé la découverte d’une énergie ondulatoire intense provenant d’une région de plasma relativement froide, sombre et fortement magnétisée sur le Soleil, capable de traverser l’atmosphère solaire et de maintenir des températures d’un million de degrés Kelvin à l’intérieur de la couronne.
Émission extrême d’ultraviolets par le plasma coronal solaire à des millions de degrés. Crédit : Atmospheric Imaging Assembly (AIA) à bord du vaisseau spatial Solar Dynamics Observatory (SDO) de la NASA.
Les chercheurs affirment que cette découverte est la dernière clé permettant d’élucider une foule de mystères liés à l’étoile la plus proche de la Terre.
« Le problème du chauffage coronal est l’un des plus grands mystères de la recherche en physique solaire. Il existe depuis près d’un siècle », a déclaré Wenda Cao, directeur du BBSO et professeur de physique au NJIT, coauteur de l’étude. « Grâce à cette étude, nous apportons de nouvelles réponses à ce problème, ce qui pourrait permettre de démêler de nombreuses questions confuses sur le transport et la dissipation de l’énergie dans l’atmosphère solaire, ainsi que sur la nature de la météorologie spatiale ».
Grâce aux capacités d’imagerie uniques du GST, l’équipe dirigée par Yuan Ding a pu initialement capturer des oscillations transversales dans la région la plus sombre et la plus froide du Soleil, appelée l’ombre des taches solaires.
De telles régions sombres de taches solaires peuvent se former lorsque le champ magnétique puissant de l’étoile supprime la conduction thermique et entrave l’apport d’énergie de l’intérieur plus chaud vers la surface visible (ou photosphère), où les températures atteignent environ 5 000 degrés Celsius.
Vidéo montrant des observations à haute résolution du mouvement transversal de la tache solaire. Crédit : NJIT-BBSO, Yuan et al, Nature Astronomy, 2023
Pour étudier la question, l’équipe a mesuré l’activité liée à de nombreuses caractéristiques sombres détectées dans une tache solaire active enregistrée le 14 juillet 2015 par le GST de BBSO – notamment les mouvements transversaux oscillatoires des fibrilles de plasma dans l’ombre de la tache solaire dans laquelle le champ magnétique est plus de 6 000 fois plus intense que celui de la Terre.
« Les fibrilles se présentent sous la forme de structures coniques d’une hauteur typique de 500 à 1 000 km et d’une largeur d’environ 100 km », explique Vasyl Yurchyshyn, professeur d’héliophysique au NJIT-CSTR et scientifique principal au BBSO. « Leur durée de vie est de deux à trois minutes et elles ont tendance à réapparaître au même endroit dans les parties les plus sombres de l’ombre, là où les champs magnétiques sont les plus forts. »
« Ces fibrilles dynamiques sombres ont été observées dans l’ombre des taches solaires depuis longtemps, mais pour la première fois, notre équipe a pu détecter leurs oscillations latérales qui sont des manifestations d’ondes rapides », a déclaré Cao. « Ces ondes transversales persistantes et omniprésentes dans les fibrilles fortement magnétisées apportent de l’énergie vers le haut à travers des conduits magnétiques allongés verticalement et contribuent au chauffage de la haute atmosphère du Soleil.
Anatomie de notre soleil. Crédit : ESA
Grâce à une simulation numérique de ces ondes, l’équipe estime que l’énergie transportée pourrait être jusqu’à des milliers de fois plus forte que les pertes d’énergie dans le plasma de la région active de la haute atmosphère du Soleil – dissipant une énergie jusqu’à quatre ordres de grandeur plus forte que le taux de chauffage nécessaire pour maintenir les températures flamboyantes du plasma dans la couronne.
« Diverses ondes ont été détectées partout sur le Soleil, mais leur énergie est généralement trop faible pour pouvoir chauffer la couronne », a déclaré M. Yurchyshyn. « Les ondes rapides détectées dans l’ombre des taches solaires constituent une source d’énergie persistante et efficace qui pourrait être responsable du chauffage de la couronne au-dessus des taches solaires. »
Pour l’instant, les chercheurs affirment que ces nouvelles découvertes ne révolutionnent pas seulement notre vision de l’ombre des taches solaires, mais qu’elles constituent une nouvelle étape importante dans la compréhension par les physiciens des processus de transport d’énergie et du chauffage de la couronne solaire.
Cependant, des questions sur le problème du chauffage de la couronne persistent.
« Bien que ces résultats constituent un pas en avant vers la résolution du mystère, le flux d’énergie provenant des taches solaires pourrait n’être responsable que du chauffage des boucles qui sont enracinées dans les taches solaires », a déclaré M. Cao. « En attendant, il existe d’autres régions sans taches solaires associées à des boucles coronales chaudes qui n’ont pas encore été expliquées. Nous espérons que GST/BBSO continuera à fournir des données d’observation de la plus haute résolution afin d’élucider les mystères de notre étoile. »
Référence : « Transverse oscillations and an energy source in a strongly magnetized sunspot » par Ding Yuan, Libo Fu, Wenda Cao, Błażej Kuźma, Michaël Geeraerts, Juan C. Trelles Arjona, Kris Murawski, Tom Van Doorsselaere, Abhishek K. Srivastava, Yuhu Miao, Song Feng, Xueshang Feng, Carlos Quintero Noda, Basilio Ruiz Cobo et Jiangtao Su, 25 mai 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-01973-3