Les chercheurs ont réalisé une percée dans la physique solaire en fournissant la première preuve directe de l'existence d'ondes Alfvén de torsion à petite échelle dans la couronne solaire, des ondes magnétiques insaisissables que les scientifiques recherchent depuis les années 1940.
La découverte, publiée dans Astronomie naturellea été réalisé à partir d'observations sans précédent du télescope solaire le plus puissant au monde, le télescope solaire Daniel K. Inouye de la National Science Foundation (NSF) des États-Unis à Hawaï.
Ces découvertes pourraient enfin expliquer l'un des plus grands mystères du Soleil : comment son atmosphère extérieure, la couronne, atteint des températures de plusieurs millions de degrés alors que sa surface n'est qu'à environ 5 500°C.
Les ondes d'Alfvén, du nom du prix Nobel Hannes Alfvén qui a prédit leur existence en 1942, sont des perturbations magnétiques qui peuvent transporter de l'énergie à travers le plasma.
Les scientifiques ont déjà repéré des versions plus grandes et isolées de ces ondes, normalement liées aux éruptions solaires. Cependant, c’est la première fois que le petit type de torsion, présent en permanence et qui pourrait alimenter le soleil, est observé directement.
Le professeur Richard Morton, Future Leader Fellow de l'UKRI, professeur à la faculté d'ingénierie, de physique et de mathématiques de l'université de Northumbria, a dirigé la recherche. Il a déclaré : « Cette découverte met fin à une longue recherche de ces ondes qui a ses origines dans les années 1940. Nous avons finalement pu observer directement ces mouvements de torsion tordant les lignes de champ magnétique d'avant en arrière dans la couronne. »
Cette percée a été rendue possible grâce aux capacités uniques du spectropolarimètre cryogénique proche infrarouge (Cryo-NIRSP) du télescope solaire Daniel K. Inouye, l'instrument coronal le plus avancé de son genre. Ce spectromètre de pointe peut voir des détails incroyablement fins dans la couronne et est très sensible aux changements dans le mouvement du plasma.
Avec son miroir de quatre mètres de large, soit quatre fois plus grand que les télescopes solaires précédents, le télescope solaire Daniel K. Inouye, construit et exploité par l'Observatoire solaire national NSF, représente deux décennies de planification et de développement international.
L'Université de Northumbria a joué un rôle crucial dans son développement en tant que membre d'un consortium britannique qui a conçu des caméras pour l'imageur à large bande visible du télescope, s'appuyant sur la réputation bien établie de l'Université en matière d'observations de l'atmosphère solaire.
Le professeur Morton a gagné du temps pour utiliser le télescope alors qu'il était encore en cours de test et a utilisé l'instrument pour suivre le mouvement du fer, chauffé à 1,6 million de degrés Celsius, dans la couronne.
La percée majeure est venue du professeur Morton qui a développé des techniques analytiques entièrement nouvelles pour séparer les différents types de mouvements d'ondes dans les données. Comme il l'explique : « Le mouvement du plasma dans la couronne solaire est dominé par des mouvements de balancement. Ceux-ci masquent les mouvements de torsion, j'ai donc dû développer un moyen de supprimer le balancement pour trouver la torsion. »
Alors que les ondes de torsion plus familières font osciller des structures magnétiques entières d'avant en arrière et sont visibles dans le film capturé du soleil, les ondes de torsion d'Alfvén nouvellement détectées provoquent un mouvement de torsion qui ne peut être détecté que par analyse spectroscopique, mesurant la façon dont le plasma se déplace vers et depuis la Terre, créant des décalages rouges et bleus caractéristiques sur les côtés opposés des structures magnétiques.
Cette découverte a de profondes implications pour la compréhension du fonctionnement du soleil. La couronne, l'atmosphère la plus externe du soleil visible lors des éclipses solaires, est chauffée à des températures dépassant un million de degrés Celsius, suffisamment chaudes pour accélérer le plasma et l'éloigner du soleil sous forme de vent solaire qui remplit tout notre système solaire.
La recherche représente une collaboration internationale majeure, avec des co-auteurs de l'Université de Pékin en Chine, de la KU Leuven en Belgique, de l'Université Queen Mary de Londres, de l'Académie chinoise des sciences et de l'Observatoire solaire national NSF à Hawaï et au Colorado.
Comprendre ces processus fondamentaux revêt une importance pratique pour la prévision météorologique spatiale. Le vent solaire entraîne des perturbations magnétiques qui peuvent perturber les communications par satellite, les systèmes GPS et les réseaux électriques sur Terre. Les ondes d'Alfvén peuvent également être la source de « retours magnétiques », d'importants vecteurs d'énergie dans le vent solaire qui ont été observés par la sonde solaire Parker de la NASA.
« Cette recherche fournit une validation essentielle pour la gamme de modèles théoriques qui décrivent comment la turbulence des ondes d'Alfvén alimente l'atmosphère solaire », a ajouté le professeur Morton. « Avoir des observations directes nous permet enfin de tester ces modèles par rapport à la réalité. »
L’équipe prévoit que cette découverte déclenchera des recherches plus approfondies sur la façon dont ces ondes se propagent et dissipent l’énergie dans la couronne. La capacité de l'instrument Cryo-NIRSP du télescope solaire Daniel K. Inouye à fournir des spectres de haute qualité ouvre de nouvelles possibilités pour l'étude de la physique des vagues dans l'atmosphère solaire.
