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Les scientifiques découvrent les origines des spicules tourbillonnaires du Soleil

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Imaginez un jet de 500 kilomètres de diamètre s’élever à près de 10 000 mètres depuis la surface du Soleil. Vous venez de vous représenter un jeune spicule parmi les millions qui recouvrent le Soleil actif à tout moment. Mais comment se forment-elles ?

Les spicules durent environ cinq minutes et naissent sous la forme de longs tubes de gaz s’élevant rapidement puis s’éteignant à mesure que le gaz atteint sa plus haute altitude et retombe sur le Soleil. L’origine de ces jets de plasma était jusqu’alors inexpliquée malgré le fait que les astronomes les observent en permanence, essentiellement en raison de leur brièveté et de leur faible dimension. C’est désormais chose faite. Les résultats de cette étude financée par la NASA ont été publiés dans la revue Science du 22 juin 2017.

Il aura fallu une année complète d’enquête et de simulations informatiques pour tenter de comprendre le pourquoi du comment. Ce travail s’appuyait sur des observations faites par l’Interface Region Imaging Spectrograph de la NASA (ou IRIS) et du Télescope solaire suédois installé à La Palma, dans les îles Canaries. Ensemble, ils ont observé les couches inférieures de l’atmosphère du soleil, connue sous le nom de région d’interface, où se forment les spicules. « Les modèles numériques et les observations vont de pair dans notre recherche », explique Bart De Pontieu, auteur de l’étude et chercheur au laboratoire Lockheed Martin Solar and Astrophysics à Palo Alto, en Californie. « Nous comparons les observations et les modèles pour déterminer la performance de nos modèles et pour les améliorer lorsque nous constatons des divergences majeures ».

L’équipe de recherches savait que dans les régions plus fraîches du soleil (comme la région d’interface), toutes les particules de gaz ne sont pas chargées électriquement. Certaines particules sont neutres et les particules neutres ne sont pas soumises à des champs magnétiques comme les particules chargées. Ce modèle commence par une compréhension de base de la façon dont le plasma se déplace dans l’atmosphère du soleil. La convection constante (ou l’ébullition) du matériau à travers le soleil génère des îles de champs magnétiques enchevêtrés. Lorsque l’ébullition les transporte jusqu’à la surface et plus loin dans l’atmosphère inférieure du soleil, les lignes du champ magnétique se replient rapidement et expulsent le plasma. De cette violence, une spicule nait. Mais expliquer comment ces nœuds magnétiques se soulèvent et se brisent était la partie délicate.

« Habituellement, les champs magnétiques sont étroitement couplés aux particules chargées », explique Juan Martínez-Sykora, auteur principal de l’étude et physicien solaire au Bay Area Environmental Research Institute à Sonoma, en Californie. « Avec seulement des particules chargées dans le modèle, les champs magnétiques étaient bloqués et ne pouvaient pas dépasser la surface du soleil. Lorsque nous avons ajouté des neutres, les champs magnétiques pouvaient se déplacer plus librement ». Ainsi les particules dites « neutres » fournissent plus de flottabilité.

Ainsi la clé aura été les particules neutres. Elles ont été inspirées aux chercheurs par l’ionosphère de la Terre, une région de la haute atmosphère où les interactions entre particules neutres et chargées sont responsables de nombreux processus dynamiques. Il aura fallu au total près de dix années d’études pour développer ce modèle numérique et plus d’une année pour le faire fonctionner. « Nous avons graduellement augmenté la complexité physique des modèles numériques basés sur des observations en haute résolution », explique Juan Martínez-Sykora, « mais au final ce modèle répond à de nombreuses questions que nous nous posions depuis tant d’années ».

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