L'Université Queen Mary de Londres a mené une étude qui décrit la première mesure directe de la façon dont l'énergie est transférée des champs électromagnétiques chaotiques dans l'espace aux particules qui composent le vent solaire, conduisant au réchauffement de l'espace interplanétaire.

L'étude, Publié dans Communication Nature et réalisé avec l'Université de l'Arizona et l'Université de l'Iowa, montre qu'un processus connu sous le nom d'amortissement de Landau est responsable du transfert d'énergie de la turbulence électromagnétique du plasma dans l'espace aux électrons du vent solaire, provoquant leur excitation.

Ce processus, du nom du physicien lauréat du prix Nobel Lev Landau (1908-1968), se produit lorsqu'une onde traverse un plasma et que les particules de plasma qui se déplacent à une vitesse similaire absorbent cette énergie, conduisant à une diminution de l'énergie (amortissement) de l'onde.

Bien que ce processus ait été mesuré dans certaines situations simples auparavant, on ne savait pas s'il fonctionnerait encore dans les plasmas hautement turbulents et complexes qui se produisent naturellement dans l'espace, ou s'il y aurait un processus complètement différent.

Partout dans l'univers, la matière est dans un état de plasma sous tension à des températures beaucoup plus élevées que prévu. Par exemple, la couronne solaire est des centaines de fois plus chaude que la surface du Soleil, un mystère que les scientifiques tentent encore de comprendre.

Il est également vital de comprendre l'échauffement de nombreux autres plasmas astrophysiques, tels que le milieu interstellaire et les disques de plasma entourant les trous noirs, afin d'expliquer certains des comportements extrêmes affichés dans ces environnements.

Pouvoir effectuer des mesures directes des mécanismes d'activation du plasma en action dans le vent solaire (comme le montre cet article pour la première fois) aidera les scientifiques à comprendre de nombreuses questions ouvertes, comme celles-ci, sur l'univers.

Les chercheurs ont découvert cela en utilisant de nouvelles mesures à haute résolution du vaisseau spatial magnétosphérique multi-échelle (MMS) de la NASA (récemment lancé en 2015), ainsi qu'une nouvelle technique d'analyse des données (la technique de corrélation champ-particule).

Le vent solaire est le flux de particules chargées (c. plasma) qui vient du Soleil et remplit tout notre système solaire, et le vaisseau spatial MMS est situé dans le vent solaire mesurant les champs et les particules qu'il contient au fur et à mesure qu'il passe.

Auteur principal Dr Christopher Chen, de l'Université Queen Mary de Londres, dit :« Le plasma est de loin la forme de matière visible la plus abondante dans l'univers, et est souvent dans un état hautement dynamique et apparemment chaotique connu sous le nom de turbulence. Cette turbulence transfère de l'énergie aux particules dans le plasma conduisant à l'échauffement et à l'excitation, faisant de la turbulence et de l'échauffement associé des phénomènes très répandus dans la nature.

"Dans cette étude, nous avons effectué la première mesure directe des processus impliqués dans le chauffage turbulent dans un plasma astrophysique naturel. Nous avons également vérifié la nouvelle technique d'analyse en tant qu'outil pouvant être utilisé pour sonder l'énergie du plasma et pouvant être utilisé dans une série d'études de suivi sur différents aspects du comportement du plasma. »

Le professeur Greg Howes de l'Université de l'Iowa, qui a co-conçu cette nouvelle technique d'analyse, a déclaré:"Dans le processus d'amortissement Landau, le champ électrique associé aux ondes se déplaçant à travers le plasma peut accélérer les électrons se déplaçant à la bonne vitesse avec l'onde, analogue à un surfeur attrapant une vague. Cette première application observationnelle réussie de la technique de corrélation champ-particule démontre sa promesse de répondre aux questions fondamentales sur le comportement et l'évolution des plasmas spatiaux, comme le chauffage de la couronne solaire."

Cet article ouvre également la voie à l'utilisation de la technique lors de futures missions dans d'autres régions du système solaire, comme la NASA Parker Solar Probe (lancée en 2018) qui commence à explorer pour la première fois l'environnement de la couronne solaire et du plasma près du Soleil.