La région de l’accélérateur de particules révélée à l’intérieur d’une éruption solaire


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  • Les éruptions solaires sont parmi les explosions les plus violentes de notre système solaire, mais malgré leur immense énergie – équivalente à cent milliards de bombes atomiques explosant en même temps – les physiciens n’ont toujours pas été en mesure de répondre exactement à la nature de ces éruptions soudaines sur le Soleil. capable de lancer des particules sur Terre, à près de 93 millions de kilomètres, en moins d’une heure.

    Or, dans une étude publiée le 8 juin dans La nature, Des chercheurs du New Jersey Institute of Technology (NJIT) ont identifié l’emplacement précis où les particules chargées des éruptions solaires sont accélérées à une vitesse proche de la lumière.

    Les nouvelles découvertes, rendues possibles grâce aux observations d’une éruption solaire de classe X en 2017 par le radiotélescope élargi Owens Valley Solar Array (EOVSA) du NJIT, ont révélé un accélérateur de particules très efficace situé à l’extrémité du point le plus brillant de l’éruption dans le L’atmosphère extérieure du Soleil, appelée « région cuspide » de l’éruption, où le plasma ambiant de l’explosion est converti en électrons à haute énergie.

    Les chercheurs affirment que la découverte de la région, mesurée à près de deux fois le volume de la Terre, pourrait ouvrir de nouvelles portes pour étudier les processus fondamentaux d’accélération des particules omniprésents dans l’univers.

    « Les résultats de cette étude aident à expliquer le mystère de longue date de la façon dont les éruptions solaires peuvent produire autant d’énergie en quelques secondes seulement », a déclaré Gregory Fleishman, auteur correspondant de l’article et éminent professeur de recherche en physique au Centre de recherche solaire-terrestre du NJIT. . « L’éruption libère sa puissance dans une région du Soleil beaucoup plus vaste que prévu par le modèle classique des éruptions solaires. Bien que d’autres aient postulé que cela doit se produire, c’est la première fois que la taille, la forme et l’emplacement spécifiques de cette région clé ont été identifié, et l’efficacité de la conversion d’énergie en accélération de particules à l’intérieur de la torche a été mesurée. »

    La découverte fait suite à des études distinctes de 2020 publiées dans La science et Astronomie naturelleoù les instantanés détaillés d’EOVSA de l’éruption et des changements dans le champ magnétique du Soleil – pris à des centaines de fréquences radio à la fois – ont initialement donné à l’équipe NJIT une piste sur l’emplacement.

    « Nos études récentes ont suggéré que la cuspide de l’éruption pourrait être l’endroit où de tels électrons à haute énergie sont produits, mais nous n’en étions pas certains », a expliqué Bin Chen, professeur agrégé au NJIT et co-auteur de l’article. « Nous avions initialement découvert une structure magnétique en forme de bouteille sur le site qui contenait un nombre extrêmement élevé d’électrons par rapport à n’importe où ailleurs dans l’éruption, mais maintenant avec les nouvelles mesures de cette étude, nous pouvons dire avec plus de confiance qu’il s’agit de la particule de l’éruption. accélérateur. »

    En utilisant les capacités d’imagerie micro-ondes uniques d’EOVSA, l’équipe a pu mesurer le spectre énergétique des électrons à des centaines d’emplacements d’une éruption solaire de classe X déclenchée par une reconfiguration des lignes de champ magnétique le long de la surface du Soleil le 10 septembre 2017.

    « L’imagerie spectrale d’EOVSA nous a donné une carte complète du plasma thermique de l’éruption au fur et à mesure qu’elle évoluait seconde par seconde. Mais à notre grande surprise, ce que nous avons trouvé était un trou mystérieux dans la carte du plasma thermique qui a commencé à se développer à l’extrémité de l’éruption », a déclaré Gelu Nita, professeur de recherche NJIT et co-auteur de l’article. « Plus que cela, à mesure que les particules thermiques dans la région disparaissaient, le trou était alors densément rempli de particules non thermiques à haute énergie. »

    L’analyse de l’équipe a mis en lumière un processus de conversion d’énergie incroyablement efficace dans l’accélérateur de particules de l’éruption solaire, où l’énergie intense des champs magnétiques du Soleil est rapidement libérée et transférée en énergie cinétique à l’intérieur de la région.

    « Nous nous sommes demandé à quel point ce processus de conversion d’énergie serait efficace… combien de particules dans cette zone seraient accélérées au-delà de l’énergie thermique de l’explosion ? » a ajouté Sijie Yu, co-auteur de l’étude et professeur de recherche adjoint au NJIT. « En utilisant les données ultraviolettes extrêmes du Soleil, nous avons confirmé qu’il ne restait pratiquement aucune particule à l’intérieur de la région à des énergies thermiques inférieures à quelques millions de Kelvin, conformément à la mesure EOVSA selon laquelle les particules avaient toutes été accélérées à des énergies non thermiques supérieures à 20 keV, soit près de 100 millions de Kelvin. »

    L’équipe affirme maintenant que ces dernières découvertes pourraient aider les scientifiques à étudier des questions fondamentales de la physique des particules qui ne sont pas possibles sur Terre, ainsi qu’offrir de nouvelles informations sur la façon dont ces particules à haute énergie du Soleil pourraient avoir un impact sur la Terre lors de futurs événements météorologiques spatiaux.

    « Un aspect important de cette étude est qu’elle attire l’attention des théoriciens sur l’endroit précis où se produit la majeure partie de la libération d’énergie et de l’accélération des particules, et fournit des mesures quantitatives pour guider les modèles numériques », déclare Dale Gary, professeur émérite du NJIT et directeur de EOVSA. « Cependant, pour étendre nos mesures à des régions d’éruptions beaucoup plus larges et à des événements d’éruptions plus faibles mais plus fréquents, nous développons un réseau radio dédié à l’énergie solaire de nouvelle génération appelé le radiotélescope solaire agile en fréquence, qui sera au moins 10 fois plus grand et commandes d’une ampleur plus puissante. »

    « Nous voulons toujours étudier le mécanisme physique à l’origine de l’accélération des particules dans les éruptions solaires. Mais les études futures doivent tenir compte de ce que nous savons maintenant de ces énormes explosions – à la fois la libération d’énergie principale dans la région cuspide et l’efficacité de 100 % à laquelle les particules chargées l’accélération se produit », a déclaré Fleishman. « Ces résultats appellent une révision majeure des modèles que nous utilisons pour étudier les éruptions solaires et leur impact sur la Terre. »

    Cette recherche a été soutenue par des subventions de la National Science Foundation.

    Vidéo: https://youtu.be/DshLXmfTRXg

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