Des images du soleil sur 10 ans révèlent comment l'activité de l'étoile augmente et diminue au fil du temps. Crédit : La mission Yohkoh de l'ISAS, Japon, et de la NASA, États-Unis
De nouvelles recherches suggèrent que la dynamo solaire, responsable des cycles solaires et des taches solaires, démarre dans les couches externes du soleil. Cela remet en question les théories plus anciennes d’origine plus profonde et offre un aperçu des modèles prévisibles de l’activité solaire.
Une équipe de scientifiques solaires a découvert les origines possibles du moteur qui est à l'origine d'une grande partie de la nature volatile du soleil, générant des taches solaires qui se déplacent comme des nuages d'orage à la surface et provoquant une augmentation et une diminution des niveaux d'activité du soleil sur des cycles de 11 ans.
Le secret derrière ce moteur, également connu sous le nom de « dynamo solaire », pourrait figurer parmi les plus anciens « problèmes de physique non résolus », a déclaré Benjamin Brown, physicien solaire à CU Boulder.
Nouvelles connaissances sur le comportement solaire
Dans leurs recherches révolutionnaires, Brown et ses collègues ont utilisé des équations mathématiques pour simuler le comportement du soleil, affirmant que la dynamo pourrait commencer dans les couches les plus externes de l'étoile, et non plus profondément à l'intérieur de l'étoile, comme le croient de nombreux scientifiques depuis des décennies.
C'est une quête qui, à bien des égards, a commencé avec le célèbre astronome Galileo Galilei en 1612 après JC.
Cette illustration présente une représentation des champs magnétiques du soleil sur une image capturée par le Solar Dynamics Observatory de la NASA. La superposition complexe de lignes peut enseigner aux scientifiques la façon dont le magnétisme du soleil change en réponse au mouvement constant sur et à l'intérieur du soleil. Crédit : NASA/SDO/AIA/LMSAL
« Galileo a observé les taches solaires pour la première fois il y a 400 ans et il en a appris beaucoup sur elles, notamment sur la façon dont elles se déplacent à la surface du soleil », a déclaré Brown, co-auteur de la recherche et professeur agrégé au Département des sciences astrophysiques et planétaires. . « Mais il n'arrivait pas à comprendre d'où ils venaient. Depuis, nous avons du mal avec cette question.
Contexte historique et conclusions actuelles
L'équipe de chercheurs, dirigée par Geoffrey Vasil de l'Université d'Édimbourg au Royaume-Uni, a récemment publié ses résultats dans la revue Nature. Les co-auteurs de l'étude comprenaient Keith Julien, un mathématicien appliqué de CU Boulder décédé en avril après une courte maladie.
Les découvertes dépendent de la dynamo, terme désignant la physique et la chimie complexes du soleil qui produisent ses champs magnétiques sauvages. La Terre possède sa propre dynamo qui alimente le champ magnétique de la planète, raison pour laquelle toutes les boussoles au sol pointent vers le nord.
Dessin d'une tache solaire par Jean de Worcester en 1128 après JC
Le fonctionnement interne du soleil est très important pour les humains, a déclaré Brown. La dynamo solaire génère des tempêtes solaires qui, entre autres, présentent des risques pour les réseaux électriques humains. De telles tempêtes ont également provoqué les aurores qui sont apparues dans le ciel des États-Unis au début du mois.
Pour les chercheurs, l’étude représente une réalisation qui se prépare depuis des décennies.
« Geoff Vasil et moi réfléchissons à ces idées depuis que nous étions tous deux étudiants diplômés à CU Boulder il y a 20 ans », a déclaré Brown.
Dynamo solaire : prévisible mais chaotique
En général, les scientifiques s'accordent sur le fait que la dynamo solaire commence dans la « zone de convection » du soleil, soit à peu près le tiers extérieur de son intérieur. Là, des panaches de particules chaudes et chargées, appelées plasmaremontez vers la surface.
Alors que le champ magnétique terrestre est globalement uniforme, le tourbillon de plasma dans toute la zone de convection du soleil se déforme et tord ses lignes de champ magnétique en un motif qui ressemble à un bol de nouilles.
Keith Julien. Crédit:
Malgré ce chaos, la dynamo solaire alimente un comportement étonnamment prévisible, a déclaré Brown. Tous les 11 ans environ, le soleil passe d’une période de faible activité, où les taches solaires apparaissent moins souvent, à une période d’activité frénétique, où les taches solaires abondent – puis il s’inverse et tout recommence. En ce moment, l’activité du soleil est frénétique.
« On pourrait pratiquement établir un calendrier pour la dynamo solaire », a-t-il déclaré. « Comment se fait-il que ce soit si sauvage et si ordonné ? »
Danseurs qui tournent
Pour le savoir, les chercheurs doivent d’abord savoir exactement où commence la dynamo dans le Soleil. Dans les années 1990, des scientifiques ont proposé que la dynamo ait émergé à environ 130 000 milles sous la surface du soleil – une théorie surnommée la « dynamo dans les profondeurs ».
Cette notion peine cependant à expliquer l’ordre qui émerge du chaos solaire. Au lieu de cela, Vasil, Brown et leurs collègues se sont tournés vers un phénomène physique appelé « instabilité magnétorotationnelle ». C'est une sorte de déséquilibre qui se forme chaque fois que les champs magnétiques interagissent avec des plasmas en rotation, ces flux se déplaçant plus rapidement à mesure que l'on s'enfonce.
« C'est un peu comme si des partenaires de danse se lançaient en rotation tout en se tenant les bras », a déclaré Brown.
Les chercheurs étudient depuis longtemps comment ce phénomène se produit dans les disques de gaz chauds qui entourent les trous noirs. Son rôle au soleil est moins clair.
Dans la présente étude, Vasil, Brown et leurs collègues ont effectué une série de calculs sur ordinateur pour étudier comment une telle instabilité pourrait influencer l'activité du soleil. Ils ont découvert que le processus pouvait facilement stimuler l'intérieur du soleil pour former la dynamo solaire et expliquer comment démarrent les cycles de 11 ans. Ces expériences se dérouleraient également dans les 10 % extérieurs du Soleil, soit à seulement 20 000 milles de la surface. En d’autres termes, la dynamo solaire est peut-être puissante, mais elle est aussi un peu peu profonde.
Orientations futures et héritage
Les chercheurs ont beaucoup de travail à faire avant de pouvoir libérer complètement la dynamique de la théorie profonde. Mais Brown espère que l’étude pourrait devenir sa propre dynamo, générant une vague de nouvelles recherches dans le domaine.
Vasil a ajouté que l'œuvre est un témoignage de son collègue et ami Julien.
En tant que doctorant à CU Boulder, « Mes conseillers et mentors étaient Nic Brummell, Juri Toomre et Keith Julien », a déclaré Vasil. « Je me souviens d'avoir d'abord eu un moment de type « hein, c'est drôle » à propos de l'instabilité du soleil près de la surface, un matin de 2004, alors que je feuilletais un manuel d'astrophysique. Keith a été la première personne à qui j'ai littéralement couru pour en parler. Il a été un ami fantastique pendant toutes ces années. Il a soutenu les idées et encouragé une génération de jeunes chercheurs énergiques, comme moi à l’époque. C'est étonnant qu'il ne soit plus là. Mais il était ravi que ce travail soit réalisé et qu'il soit publié dans Nature. Le côté positif est que ses idées et sa personnalité perdureront parmi le nombre incroyable de personnes qu’il a inspirées au fil des ans.
Pour en savoir plus sur cette recherche :
- Les astrophysiciens repensent les champs magnétiques solaires
- Un superordinateur de la NASA résout un puzzle magnétique solaire vieux de 400 ans
