De nouvelles recherches ont examiné le rôle des ondes cinétiques d'Alfvén dans le réchauffement intense de la couronne solaire. L'étude a examiné comment ces ondes transfèrent de l'énergie aux particules de plasma, mettant en lumière le mystère de longue date de la raison pour laquelle l'atmosphère du Soleil est beaucoup plus chaude que sa surface. Crédit : Issues.fr.com
Une nouvelle étude s'est penchée sur le mystérieux réchauffement de la couronne solaire, nettement plus chaude que la surface du Soleil, à travers le prisme des ondes cinétiques d'Alfvén (KAW).
Des chercheurs de l'Université d'Alabama à Huntsville ont étudié la manière dont ces ondes transportent l'énergie et contribuent au réchauffement de la couronne solaire. L'étude a exploré le rôle de l'énergie électromagnétique dans les plasmas spatiaux, en se concentrant sur la manière dont les KAW interagissent avec les particules, transformant finalement cette énergie en chaleur. Ces travaux pourraient fournir des informations cruciales sur la physique solaire, en particulier pour comprendre la disparité de température entre la surface du Soleil et son atmosphère.
Décrypter les mystères du réchauffement dû à la couronne solaire
Un chercheur de l'Université d'Alabama à Huntsville (UAH) a exploré les aspects critiques d'un phénomène appelé ondes cinétiques d'Alfvén (KAW) pour fournir de nouvelles perspectives sur un mystère héliophysique séculaire dans une nouvelle étude publiée dans Le Journal d'astrophysiqueSyed Ayaz, assistant de recherche diplômé au Centre de recherche sur le plasma spatial et l'aéronomie (CSPAR) de l'UAH, a examiné le rôle potentiellement central des KAW dans le chauffage de la couronne solaire, rapprochant ainsi la science de la résolution de l'énigme de la raison pour laquelle la couronne est plusieurs fois plus chaude que la surface du Soleil elle-même.
La couronne, ou atmosphère solaire, une région qui s'étend à huit millions de kilomètres au-dessus de la surface du Soleil et qui est caractérisée par des températures extraordinairement élevées.
Le rôle des ondes cinétiques d'Alfvén en physique solaire
« Depuis des décennies, les ondes d’Alfvén se sont avérées être les meilleures candidates pour transporter l’énergie d’un endroit à un autre », explique Ayaz, soulignant le rôle potentiel des ondes KAW dans la génération de chaleur coronale. « Cet article utilise une nouvelle approche pour modéliser les particules énergétiques dans les plasmas spatiaux, tels qu’observés par des satellites comme Viking et Freja, afin de comprendre comment l’énergie électromagnétique des ondes, en interaction avec les particules, se transforme en chaleur pendant le processus d’amortissement lorsque les ondes se déplacent dans l’espace. Notre étude explore les champs électromagnétiques perturbés, le vecteur de flux de Poynting et le taux de distribution d’énergie des ondes KAW dans l’atmosphère solaire. »
La couronne, ou atmosphère solaire, est une région énigmatique entourant notre étoile qui s'étend bien au-delà du disque visible du Soleil, à environ huit millions de kilomètres au-dessus de la surface du Soleil. Pourtant, la couronne est également caractérisée par des températures extraordinairement élevées, un mystère qui captive les astrophysiciens depuis près de soixante-dix ans.
Syed Ayaz, assistant de recherche diplômé au Centre de recherche sur le plasma spatial et l'aéronomie (CSPAR) de l'UAH. Crédit : Syed Ayaz
Recherche sur les ondes d'Alfvén aux échelles cinétiques
« Syed est l’un de nos étudiants exceptionnels qui débute sa carrière de chercheur », déclare le Dr Gary Zank, directeur du CSPAR et président d’Aerojet Rocketdyne du département des sciences spatiales de l’UAH. « Son intérêt constant pour les ondes d’Alfvén, commencé alors qu’il était étudiant au Pakistan en travaillant avec son mentor, le Dr Imran A. Kahn, a maintenant abouti à son étude de ces ondes à de très petites échelles, l’échelle dite cinétique dans un plasma« Ses travaux offrent des informations importantes sur le problème crucial de la transformation de l’énergie d’un champ magnétique pour chauffer un plasma composé de particules chargées comme les protons et les électrons. L’une des raisons pour lesquelles les travaux de Syed sont importants est que nous ne comprenons toujours pas pourquoi l’atmosphère du Soleil est à plus d’un million de degrés, alors que la surface du Soleil est à une température comparativement froide de 6 500 degrés. »
Les ondes cinétiques d'Alfvén, abondantes dans tout l'univers plasmatique, sont des oscillations des ions et du champ magnétique lorsqu'ils se déplacent dans le plasma solaire. Ces ondes sont formées par les mouvements de la photosphère, la couche externe du Soleil qui émet de la lumière visible.
« Mon intérêt premier pour ces vagues a été suscité par les lancements de Sonde solaire Parker « Les missions de l’ISS et de Solar Orbiter, qui ont soulevé la question cruciale de la manière dont la couronne solaire est chauffée », explique Ayaz. « Jusqu’à présent, aucune mission spatiale n’a fourni de prédictions concernant ces phénomènes à proximité du Soleil, en particulier dans la gamme de 0 à 10 rayons solaires. Notre objectif principal est d’étudier le réchauffement par les KAW dans ces gammes de la couronne solaire. »
Échanges de chaleur : KAW et transfert d'énergie
« Nous nous sommes concentrés sur le réchauffement et l’échange d’énergie facilités par les ondes KAW », explique le chercheur. « La raison du grand intérêt pour ces ondes réside dans leur capacité à transporter de l’énergie. Les données d’observation provenant de nombreux engins spatiaux et les recherches théoriques ont constamment démontré que les ondes KAW se dissipent et contribuent au réchauffement de la couronne solaire lors de leur propagation dans l’espace. »
En raison de ces propriétés uniques, les ondes constituent un mécanisme essentiel de transfert d’énergie, important pour comprendre l’échange d’énergie entre les champs électromagnétiques et les particules de plasma. « Les KAW fonctionnent à de petites échelles cinétiques et sont capables de supporter des fluctuations parallèles des champs électriques et magnétiques, permettant un transfert d’énergie entre le champ d’ondes et les particules de plasma grâce à un phénomène appelé interactions de Landau », explique Ayaz. « Le présent travail a utilisé et exploré le mécanisme d’amortissement de Landau, qui se produit lorsque les particules se déplaçant parallèlement à une onde ont des vitesses comparables à la vitesse de phase de l’onde. »
Implications pour la recherche sur l'atmosphère solaire
L’amortissement de Landau est une diminution exponentielle en fonction du temps de certaines ondes dans le plasma. « Lorsque les particules interagissent avec l’onde, elles reçoivent/perdent de l’énergie – un terme appelé « état de résonance », explique Ayaz. « Cela peut avoir pour conséquence que l’onde transmette son énergie aux particules ou en gagne de l’énergie, ce qui provoque l’amortissement ou la croissance des particules. Nos recherches montrent que les KAW se dissipent rapidement, transférant complètement leur énergie aux particules de plasma sous forme de chaleur. Ce transfert d’énergie accélère les particules sur de plus longues distances spatiales, ce qui a un impact significatif sur la dynamique du plasma. »
Les résultats analytiques tirés de cette étude trouveront une application pratique dans la compréhension des phénomènes au sein de l’atmosphère solaire, en mettant notamment en lumière le rôle important joué par les particules non thermiques dans les processus de chauffage.
