Des physiciens confirment la théorie de la croissance efficace des ondes dans l’espace

Lorsque les gens imaginent l’espace extra-atmosphérique, ils le voient souvent comme un vide parfait. En fait, cette impression est fausse car le vide est rempli de particules chargées. Dans les profondeurs de l’espace, la densité des particules chargées devient si faible qu’elles entrent rarement en collision les unes avec les autres. Au lieu de collisions, les forces liées aux champs électriques et magnétiques remplissant l’espace contrôlent le mouvement des particules chargées. Cette absence de collisions se produit dans tout l’espace, à l’exception des objets célestes très proches, tels que les étoiles, les lunes ou les planètes. Dans ces cas, les particules chargées ne voyagent plus dans le vide de l’espace, mais à travers un milieu où elles peuvent heurter d’autres particules.

Autour de la Terre, ces interactions de particules chargées génèrent des ondes, y compris des ondes électromagnétiques en mode sifflet, qui dispersent et accélèrent certaines des particules chargées. Lorsque des aurores diffuses apparaissent autour des pôles des planètes, les observateurs voient les résultats d’une interaction entre les ondes et les électrons. Étant donné que les champs électromagnétiques sont si importants dans la météo spatiale, l’étude de ces interactions devrait aider les scientifiques à prévoir les variations d’intensité des particules hautement énergétiques. Cela pourrait aider à protéger les astronautes et les satellites des effets les plus graves de la météo spatiale.

Une équipe composée du professeur adjoint désigné Naritoshi Kitamura et du professeur Yoshizumi Miyoshi de l’Institut des sciences de l’espace et de la Terre (ISEE) de l’Université de Nagoya, ainsi que de chercheurs de l’Université de Tokyo, de l’Université de Kyoto, de l’Université de Tohoku, de l’Université d’Osaka et de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA), et plusieurs collaborateurs internationaux, ont principalement utilisé des données obtenues à l’aide de spectromètres d’électrons à basse énergie, appelés Fast Plasma Investigation-Dual Electron Spectrometers, à bord du vaisseau spatial Magnetospheric Multiscale de la NASA. Ils ont analysé les interactions entre les électrons et les ondes en mode sifflet, qui ont également été mesurées par le vaisseau spatial. En appliquant une méthode d’utilisation d’un analyseur d’interaction de particules d’onde, ils ont réussi à détecter directement le transfert d’énergie continu des électrons résonnants aux ondes en mode sifflet à l’emplacement du vaisseau spatial dans l’espace. De là, ils ont dérivé le taux de croissance de la vague. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans Communication Nature.

La découverte la plus importante était que les résultats observés étaient cohérents avec l’hypothèse selon laquelle une croissance non linéaire se produit dans cette interaction. “C’est la première fois que quelqu’un observe directement la croissance efficace des ondes dans l’espace pour l’interaction onde-particule entre les électrons et les ondes en mode sifflet”, explique Kitamura. “Nous espérons que les résultats contribueront à la recherche sur diverses interactions ondes-particules et amélioreront également notre compréhension des progrès de la recherche en physique des plasmas. En tant que phénomènes plus spécifiques, les résultats contribueront à notre compréhension de l’accélération des électrons aux hautes énergies. dans la ceinture de rayonnement, qui sont parfois appelés “électrons tueurs” parce qu’ils infligent des dommages aux satellites, ainsi que la perte d’électrons à haute énergie dans l’atmosphère, qui forment des aurores diffuses.”

Ce travail a été soutenu par Grant-in-Aid for Scientific Research (17H06140, 18H03727, 21K13979) de la Japan Society for the Promotion of Science.