Spectres de polarisation de la raie Lyman-α de l'hydrogène du Soleil pris par l'expérience de la fusée-sonde CLASP. Crédit :NAOJ, JAXA, NASA/MSFC ; image d'arrière-plan plein soleil :NASA/SDO
Pour la première fois au monde, des scientifiques ont exploré le champ magnétique dans la haute atmosphère solaire en observant la polarisation de la lumière ultraviolette du Soleil. Ils y sont parvenus en analysant les données recueillies par l'expérience de la fusée-sonde CLASP lors de son vol de 5 minutes dans l'espace le 3 septembre. 2015. Les données montrent que les structures de la chromosphère solaire et de la région de transition sont plus compliquées que prévu. Maintenant que la spectropolarimétrie ultraviolette, la méthode utilisée dans le projet CLASP, a fait ses preuves, il peut être utilisé dans de futures études des champs magnétiques dans la chromosphère supérieure et la région de transition pour mieux comprendre l'activité dans l'atmosphère solaire.
En analysant les caractéristiques de la lumière du Soleil, les astronomes peuvent déterminer comment il a été émis et diffusé dans l'atmosphère solaire, et ainsi déterminer les conditions dans l'atmosphère solaire. Parce que les champs magnétiques sont censés jouer un rôle important dans divers types d'activité solaire, de nombreuses mesures précises ont été faites des champs magnétiques à la surface solaire ("photosphère"), mais peu d'observations ont mesuré les champs magnétiques dans l'atmosphère solaire au-dessus de la surface. Alors que la lumière visible est émise par la photosphère, la lumière ultraviolette (UV) est émise et diffusée dans les parties de l'atmosphère solaire appelées chromosphère et région de transition. CLASP est un projet pour étudier les champs magnétiques dans la chromosphère supérieure et la région de transition, utilisant la raie hydrogène Lyman-α en UV.
L'équipe internationale a utilisé les données du spectropolarimètre CLASP, un instrument qui fournit des informations détaillées sur la longueur d'onde (couleur) et la polarisation (orientation des ondes lumineuses) pour la lumière passant à travers une fente mince. Le côté gauche de la figure 1 montre la position de la fente du spectropolarimètre sur une image d'arrière-plan prise par la caméra à mâchoires fendue à bord du CLASP ; les diagrammes sur le côté droit montrent les données de longueur d'onde et de polarisation.
La position de la fente du spectropolarimètre CLASP (à gauche) et le spectre de polarisation de la chromosphère solaire supérieure et de la région de transition (à droite). Crédit :NAOJ, JAXA, NASA/MSFC
Les chercheurs ont découvert que la raie Lyman-α de l'hydrogène du Soleil est en fait polarisée. Certaines des caractéristiques de polarisation correspondent à celles prédites par les modèles de diffusion théoriques. Cependant, d'autres sont inattendus, indiquant que les structures de la chromosphère supérieure et de la région de transition sont plus compliquées que prévu. En particulier, l'équipe a découvert que la polarisation variait sur une échelle spatiale de 10 à 20 secondes d'arc (un centième à un cinquantième du rayon solaire).
En plus du processus de diffusion, les champs magnétiques peuvent également affecter la polarisation. Pour déterminer si la polarisation mesurée a été affectée par le champ magnétique, l'équipe a observé 3 gammes de longueurs d'onde différentes :le cœur de la raie Lyman-α de l'hydrogène (121,567 nm), dont la polarisation est affectée par un champ magnétique même faible; une raie d'émission en silicium ionisé (120,65 nm) dont la polarisation n'est affectée que par un champ magnétique relativement fort; et l'aile de la raie spectrale Lyman-α de l'hydrogène, qui n'est pas sensible aux changements de polarisation induits magnétiquement. L'équipe a analysé ces 3 polarisations au-dessus de 4 régions de la surface solaire avec différents flux magnétiques (régions A, B, C, et D sur la figure 1). Les résultats représentés sur la figure 2 ont démontré que les grands écarts par rapport à la polarisation de diffusion attendue dans le noyau Lyman-α et la raie du silicium sont en fait dus aux champs magnétiques, car la polarisation de l'aile Lyman-α reste presque constante.
Ces résultats marquants sont les premiers à montrer directement que des champs magnétiques existent dans la région de transition. Ils démontrent également que la spectropolarimétrie ultraviolette est efficace pour étudier les champs magnétiques solaires. De plus, ces résultats ont montré que les expériences de fusées-sondes comme CLASP peuvent jouer un rôle important dans la mise au point de nouvelles techniques, même s'ils sont à petite échelle et à court terme par rapport aux satellites.
Comparaison de la polarisation de 3 raies spectrales de sensibilités différentes aux champs magnétiques. UNE, B, C, et D correspondent aux zones étiquetées dans la figure 1. Crédit :NAOJ
Dr Ryoko Ishikawa, scientifique du projet pour l'équipe japonaise CLASP, décrit la signification des résultats, "L'observation réussie de la polarisation indicative des champs magnétiques dans la chromosphère supérieure et la région de transition signifie que la spectropolarimétrie ultraviolette a ouvert une nouvelle fenêtre sur de tels champs magnétiques solaires, nous permettant de voir de nouveaux aspects du Soleil."
Ces résultats apparaissent comme "Discovery of Scattering Polarization in the Hydrogen Lyα Line of the Solar Disk Radiation" par R. Kano, et. Al. dans le Lettres de revues astrophysiques en avril 2017 et "Indication of the Hanle Effect by Comparing the Scattering Polarization Observed by CLASP in the Lyman-α and Si III 120.65 nm Lines" par R. Ishikawa, et. Al. dans Le Journal d'Astrophysique en mai 2017.
