Comme la plupart des fusées-sondes solaires, le deuxième vol de l'instrument FOXSI - abréviation de Focusing Optics X-ray Solar Imager - a duré 15 minutes, avec seulement six minutes de collecte de données. Mais dans ce court laps de temps, l'instrument de pointe a trouvé les meilleures preuves à ce jour d'un phénomène que les scientifiques recherchent depuis des années :les signatures de minuscules éruptions solaires qui pourraient aider à expliquer le mystérieux réchauffement extrême de l'atmosphère extérieure du Soleil.

FOXSI a détecté un type de lumière appelée rayons X durs - dont les longueurs d'onde sont beaucoup plus courtes que la lumière que les humains peuvent voir - qui est la signature d'un matériau solaire extrêmement chaud, environ 18 millions de degrés Fahrenheit. Ces types de températures sont généralement produits dans les éruptions solaires, puissantes explosions d'énergie. Mais dans ce cas, il n'y avait pas d'éruption solaire observable, ce qui signifie que le matériau chaud a très probablement été produit par une série d'éruptions solaires si petites qu'elles étaient indétectables de la Terre :les nanoflares. Les résultats ont été publiés le 9 octobre. 2017, dans Astronomie de la nature .

« La clé de ce résultat est la sensibilité des mesures aux rayons X durs, " dit Shin-nosuke Ishikawa, un physicien solaire à l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale, ou JAXA, et auteur principal de l'étude. "Les anciens instruments à rayons X durs ne pouvaient pas détecter les régions actives calmes, et la combinaison de nouvelles technologies nous permet d'étudier pour la première fois des régions actives calmes par des rayons X durs."

Ces observations sont une étape vers la compréhension du problème de chauffage coronal, c'est ainsi que les scientifiques se réfèrent aux températures extraordinairement - et inattendues - élevées dans l'atmosphère extérieure du Soleil, la couronne. La couronne est des centaines à des milliers de fois plus chaude que la surface visible du Soleil, la photosphère. Parce que le Soleil produit de la chaleur en son centre, cela va à l'encontre de ce à quoi on s'attendrait initialement :normalement la couche la plus proche d'une source de chaleur, la surface du Soleil, dans ce cas, aurait une température plus élevée que l'atmosphère plus éloignée.

"Si vous avez un poêle et que vous éloignez votre main, vous ne vous attendez pas à avoir plus chaud que lorsque vous étiez proche, " a déclaré Lindsay Glesener, chef de projet pour FOXSI-2 à l'Université du Minnesota et auteur de l'étude.

La cause de ces températures contre-intuitivement élevées est une question en suspens en physique solaire. Une solution possible au problème de chauffage coronal est l'éruption constante de minuscules éruptions solaires dans l'atmosphère solaire, si petits qu'ils ne peuvent pas être détectés directement. Dans l'ensemble, ces nanoflares pourraient produire suffisamment de chaleur pour élever la température de la couronne aux millions de degrés que nous observons.

Une des conséquences des nanoflares serait des poches de plasma surchauffé. Le plasma à ces températures émet de la lumière sous forme de rayons X durs, qui sont notoirement difficiles à détecter. Par exemple, Le satellite RHESSI de la NASA - abréviation de Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager - lancé en 2002, utilise une technique indirecte pour mesurer les rayons X durs, limitant la précision avec laquelle nous pouvons localiser l'emplacement du plasma surchauffé. Mais avec les optiques de pointe disponibles maintenant, FOXSI a pu utiliser une technique appelée focalisation directe qui permet de suivre l'origine des rayons X durs sur le Soleil.

"C'est vraiment une façon complètement transformatrice de faire ce type de mesure, " a déclaré Glesener. " Même juste sur une expérience de fusée sonde en regardant le Soleil pendant environ six minutes, nous avions une bien meilleure sensibilité qu'un vaisseau spatial avec imagerie indirecte."

Les mesures de FOXSI - ainsi que des données de rayons X supplémentaires de l'observatoire solaire JAXA et NASA Hinode - permettent à l'équipe d'affirmer avec certitude que les rayons X durs provenaient d'une région spécifique du Soleil qui n'avait pas d'éruptions solaires plus importantes détectables, laissant nanoflares comme le seul instigateur probable.

"C'est une preuve d'existence pour ce genre d'événements, " a déclaré Steve Christe, le scientifique du projet FOXSI au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et un auteur de l'étude. "Il n'y a fondamentalement aucun autre moyen de produire ces rayons X, sauf par plasma à environ 10 millions de degrés Celsius [18 millions de degrés Fahrenheit]. Cela indique que ces petites libérations d'énergie se produisent tout le temps, et s'ils existent, ils devraient contribuer au chauffage coronal."

Il y a encore des questions sans réponse, comme : Quelle quantité de chaleur les nanoflares libèrent-elles réellement dans la couronne ?

"Cette observation particulière ne nous dit pas exactement dans quelle mesure elle contribue au chauffage coronal, " a déclaré Christe. " Pour résoudre complètement le problème de chauffage coronal, ils devraient se produire partout, même en dehors de la région observée ici."

Dans l'espoir de dresser un tableau plus complet des nanoflares et de leur contribution au chauffage coronal, Glesener dirige une équipe pour lancer une troisième itération de l'instrument FOXSI sur une fusée-sonde à l'été 2018. Cette version de FOXSI utilisera un nouveau matériel pour éliminer une grande partie du bruit de fond que l'instrument voit, permettant des mesures encore plus précises.

Une équipe dirigée par Christe a également été sélectionnée pour entreprendre une étude de concept développant l'instrument FOXSI pour un éventuel vol spatial dans le cadre du programme NASA Small Explorers.