Image d'une région active du Soleil enregistrée par le Solar Dynamics Observatory (SDO/NASA), comparée à la taille de la Terre. Malgré les différences entre les éruptions stellaires et solaires, les études de ces dernières constituent une base pour l'analyse des superéruptions dans les étoiles. Crédit : NASA
Une étude portant sur 42 superéruptions remet en question le modèle traditionnel de rayonnement du corps noir des superéruptions, proposant le modèle de recombinaison de l'hydrogène comme explication plus précise basée sur la plausibilité physique et les estimations d'énergie.
Bien que leur objectif principal soit de rechercher des exoplanètes, des observatoires comme le télescope spatial Kepler et le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ont fourni une grande quantité de données sur les éruptions stellaires, détectées avec une photométrie de haute précision par des filtres à large bande dans le spectre de la lumière visible. .
Les étoiles sont si éloignées qu'elles n'apparaissent que comme des points lumineux à ces télescopes, et les phénomènes interprétés comme des éruptions stellaires sont des augmentations brusques de la luminosité de ces points.
Défis de la recherche sur les éruptions stellaires
Il existe également un manque de données sur d’autres parties du spectre électromagnétique, et la plupart des études sur ces événements se concentrent sur l’énergie irradiée. Les observations ont détecté des « superflares », d’énormes éruptions magnétiques dans l’atmosphère des étoiles avec des énergies 100 à 10 000 fois supérieures à celles des éruptions solaires les plus énergétiques. La question est de savoir si l’un des modèles disponibles peut expliquer des niveaux d’énergie aussi élevés.
Deux modèles sont disponibles. La plus populaire considère le rayonnement d’une super-éruption comme une émission de corps noir à une température de 10 000 Kelvin. L’autre associe le phénomène à un processus d’ionisation et de recombinaison des atomes d’hydrogène.
Une étude menée par des chercheurs affiliés au Centre Mackenzie de radioastronomie et d'astrophysique (CRAAM) de l'Université presbytérienne Mackenzie (UPM) au Brésil et du Université de GlasgowL'École de physique et d'astronomie du Royaume-Uni a analysé les deux modèles.
Le groupe a reçu le soutien de la FAPESP à travers trois projets. Un article sur l'étude est publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Résultats de recherche
« Compte tenu des processus connus de transfert d'énergie dans les éruptions, nous affirmons que le modèle de recombinaison de l'hydrogène est physiquement plus plausible que le modèle du corps noir pour expliquer l'origine de l'émission optique à large bande des éruptions », a déclaré Paulo Simões, premier auteur de l'article et chercheur. professeur à l'UPM.
Les chercheurs ont analysé 37 super-éruptions sur le système stellaire binaire Kepler-411 et cinq super-éruptions sur l'étoile Kepler-396, en utilisant les deux modèles. « Nous avons conclu que les estimations de l'énergie totale des éruptions basées sur le modèle de recombinaison de l'hydrogène sont d'un ordre de grandeur inférieures aux valeurs obtenues à l'aide du modèle de rayonnement du corps noir et correspondent mieux aux processus d'éruption connus », a déclaré Simões.
Les éruptions solaires comme modèle
Ces processus sont décrits en termes d'éruptions solaires. Malgré de nombreuses différences, les éruptions solaires continuent d’informer les modèles sur lesquels les éruptions stellaires sont interprétées. Une énorme quantité d'informations a été accumulée sur les éruptions solaires, documentées pour la première fois dans la littérature astronomique par deux astronomes anglais, Richard Carington et Richard Hodgson, qui ont observé indépendamment la même éruption solaire le 1er septembre 1859.
« Depuis lors, des éruptions solaires ont été observées avec une luminosité intense durant quelques secondes ou heures et à différentes longueurs d'onde, des ondes radio et de la lumière visible aux rayons ultraviolets et X. Les éruptions solaires comptent parmi les phénomènes les plus énergétiques de notre système solaire et peuvent affecter les opérations des satellites, les communications radio, les réseaux électriques, ainsi que la navigation et GPS systèmes, pour ne prendre que quelques exemples », déclare Alexandre Araújo, doctorant au CRAAM, professeur des écoles et co-auteur de l'article.
Les éruptions solaires se produisent dans des régions actives associées à des champs magnétiques intenses, où d'abondantes quantités d'énergie sont brusquement libérées dans la couronne (la couche la plus externe du Soleil) par reconnexion du champ magnétique, chauffant ainsi l'atmosphère. plasma et accélérer les électrons et les ions, entre autres particules.
« Parce qu’ils ont moins de masse, les électrons peuvent être accélérés jusqu’à une fraction importante de la vitesse de la lumière, généralement environ 30 %, mais parfois plus. Les particules accélérées se déplacent le long des lignes de champ magnétique, et certaines sont éjectées dans l'espace interplanétaire tandis que d'autres vont dans la direction opposée dans la chromosphère, la couche située sous la couronne, où elles entrent en collision avec le plasma à haute densité et leur énergie est transférée au moyen. L'énergie excédentaire chauffe le plasma local, provoquant l'ionisation et l'excitation des atomes, produisant ainsi un rayonnement que nous pouvons détecter avec des télescopes à la surface de la Terre et dans l'espace », a expliqué Simões.
Défis permanents dans la recherche sur les éruptions cutanées
Depuis les années 1960, de nombreuses études observationnelles et théoriques ont tenté d’expliquer la quantité exceptionnellement importante de lumière visible émise par les éruptions solaires, mais aucune solution définitive n’a été trouvée à ce jour. Les explications les plus populaires produites par ces études sont (1) le rayonnement du corps noir provenant du chauffage de la photosphère, la couche située sous la chromosphère, et (2) le rayonnement de recombinaison de l'hydrogène dans la chromosphère. Cette recombinaison se produit lorsque les protons et les électrons séparés par ionisation se réunissent pour former des atomes d'hydrogène.
« La limitation du premier cas peut se résumer à une question de transport d'énergie : aucun des mécanismes de transport d'énergie normalement acceptés pour les éruptions solaires n'a la capacité de fournir l'énergie nécessaire dans la photosphère pour provoquer un échauffement suffisant du plasma pour expliquer les observations, « , a déclaré Simões.
Araújo est d'accord : « Des calculs effectués pour la première fois dans les années 1970 et confirmés plus tard par des simulations informatiques montrent que la plupart des électrons accélérés lors des éruptions solaires ne parviennent pas à traverser la chromosphère et à entrer dans la photosphère. Le modèle du corps noir pour expliquer la lumière blanche dans les éruptions solaires est donc incompatible avec le principal processus de transport d’énergie accepté pour les éruptions solaires », a-t-il déclaré.
Quant au modèle de rayonnement de recombinaison de l'hydrogène, il est plus cohérent du point de vue physique mais ne peut malheureusement pas encore être confirmé par des observations, concluent les chercheurs, même si l'article apporte des arguments supplémentaires en faveur de ce modèle, négligé dans la plupart des études.
