Septembre dernier, une nouvelle région massive de champ magnétique a éclaté à la surface du Soleil à côté d'une tache solaire existante. La puissante collision des champs magnétiques a produit une série d'éruptions solaires puissantes, provoquant des conditions météorologiques spatiales turbulentes sur Terre. Ce sont les premières fusées éclairantes à être capturées, dans leur progression à chaque instant, par le New Jersey Institute of Technology (NJIT) a récemment étendu le réseau solaire Owens Valley (EOVSA).

Avec 13 antennes fonctionnant désormais ensemble, EOVSA a pu pour la première fois réaliser des images de l'éruption dans plusieurs fréquences radio simultanément. Cette capacité améliorée à scruter la mécanique des éruptions offre aux scientifiques de nouvelles voies pour enquêter sur les éruptions les plus puissantes de notre système solaire.

"Ces éruptions de septembre comprenaient deux des plus fortes du cycle d'activité solaire actuel de 11 ans, lançant des radiations et des particules chargées vers la Terre qui ont perturbé les communications radio, " a déclaré Dale Gary, éminent professeur de physique au Center for Solar-Terrestrial Research (CSTR) du NJIT et directeur de l'EOVSA. La dernière flambée de la période, le 10 septembre, était "le plus excitant, " il ajouta.

"La région des taches solaires passait juste au-dessus du limbe solaire - le bord du Soleil lorsqu'il tourne - et nous pouvions voir la hauteur comparative de l'éruption dans de nombreuses longueurs d'onde différentes, de l'optique, aux ultraviolets, aux rayons X, à la radio, " a-t-il raconté. " Cette vue a fourni une merveilleuse occasion de capturer la structure d'une grande éruption solaire avec tous ses ingrédients. "

Les émissions radio sont générées par des électrons énergétiques accélérés dans la couronne, la haute atmosphère chaude du Soleil. La physique solaire moderne repose sur des observations à de nombreuses longueurs d'onde; l'imagerie radio complète celles-ci en observant directement l'accélération des particules qui pilote l'ensemble du processus. En mesurant le spectre radio à différents endroits de l'atmosphère solaire, surtout quand il est capable de le faire assez vite pour suivre les changements lors des éruptions solaires, il devient un puissant diagnostic de l'environnement solaire en évolution rapide au cours de ces éruptions.

EOVSA, qui est financé par la National Science Foundation, est le premier instrument d'imagerie radio capable de produire des images spectrales suffisamment rapidement - en une seconde - pour suivre les changements rapides qui se produisent dans les éruptions solaires. Cette capacité permet au spectre radio d'être mesuré dynamiquement dans toute la région de torchage, pour localiser l'emplacement de l'accélération des particules et cartographier l'endroit où ces particules se déplacent. Les images d'éruptions solaires à la plupart des autres longueurs d'onde ne montrent que les conséquences du chauffage par les particules accélérées, alors que l'émission radio peut montrer directement les particules elles-mêmes.

"L'un des grands mystères de la recherche solaire est de comprendre comment le Soleil produit des particules de très haute énergie en si peu de temps, " a noté Gary. " Mais pour répondre à cette question, nous devons avoir des diagnostics quantitatifs à la fois des particules et de l'environnement, en particulier le champ magnétique qui est au cœur de la libération d'énergie. EOVSA rend cela possible aux longueurs d'onde radio pour la première fois."

Gary a présenté les nouvelles découvertes d'EOVSA cette semaine lors de la réunion triennale du Sommet Terre-Soleil (TESS), qui regroupe la division de physique solaire de l'American Astronomical Society (AAS) et la section de physique solaire et d'aéronomie de l'American Geophysical Union (AGU).

"Les nouveaux résultats d'EOVSA ont suscité beaucoup d'intérêt lors de la réunion TESS, " dit Ben Chen, maître de conférences en physique au CSTR, qui préside une session consacrée à l'intense activité solaire survenue en septembre dernier. "Un certain nombre d'experts présents à la réunion ont déclaré que ces résultats ajouteraient des informations fondamentalement nouvelles dans la compréhension de la libération d'énergie et de l'accélération des particules dans les éruptions solaires."

Entre autres découvertes, les scientifiques de l'EOVSA ont appris que les émissions radio d'une éruption sont réparties sur une région beaucoup plus vaste qu'on ne le savait auparavant, indiquant que les particules de haute énergie sont rapidement transportées en grand nombre à travers la "bulle" de champ magnétique explosif appelée éjection de masse coronale (CME).

« Ceci est important car les CME génèrent des ondes de choc qui accélèrent davantage les particules dangereuses pour les engins spatiaux, des astronautes et même des personnes dans des avions empruntant des routes polaires. À ce jour, il reste un mystère comment ces ondes de choc à elles seules accélèrent les particules, parce que la physique n'est pas comprise, " a-t-il dit. " L'une des théories est que des particules de " graines " doivent être présentes dans la région de choc, qui peut générer les ondes nécessaires à une accélération supplémentaire. On a longtemps supposé que les fusées éclairantes, qui sont connus pour accélérer les particules, peut les fournir. Observations précédentes, principalement avec des rayons X, montrent toujours ces particules confinées à de très faibles hauteurs et on n'a pas compris comment de telles particules pouvaient arriver au choc. Les images radio montrent des preuves de particules dans une région beaucoup plus vaste, en leur donnant plus d'opportunités d'accéder à la région de choc."

Les taches solaires sont le principal générateur d'éruptions solaires, du coup, de puissantes explosions de rayonnement électromagnétique et de particules chargées qui éclatent dans l'espace lors d'explosions à la surface du Soleil. Leur mouvement de rotation provoque une accumulation d'énergie qui est libérée sous forme de fusées éclairantes.

EOVSA a été conçu pour réaliser des images radio haute résolution des fusées éclairantes (cadence 1 seconde), régions de taches solaires (cadence de 20 minutes), le plein soleil (quelques par jour) et des centaines de fréquences sur une large bande de fréquence, ce qui en fait le premier instrument solaire capable de mesurer le spectre radio de point à point dans la région du torchage.

"Nous travaillons sur un pipeline de calibration et d'imagerie pour générer automatiquement des images micro-ondes observées par EOVSA, et les mettre à disposition de la communauté au quotidien, " a ajouté Chen, qui dirige l'effort du pipeline EOVSA.

"La révélation la plus inattendue à ce jour d'EOVSA est ce que nous voyons aux fréquences radio les plus basses, " a noté Gary. " Les observations d'éruptions basées sur des fréquences radio élevées et basées sur des observations aux rayons X montrent une éruption qui est relativement petite, région compacte même si nous voyons des preuves de chauffage sur une zone beaucoup plus grande. Bien que nous ayons eu de rares observations du passé qui semblaient montrer de grandes sources radio, EOVSA a maintenant fait de la routine d'imager de grandes sources radio qui sont encore plus grosses à des fréquences plus basses. »

Initialement, lui et ses collègues n'ont pas pu exploiter ces nouvelles régions, toutefois. Une fois le tableau terminé, ils ont réalisé que les tours de téléphonie cellulaire dans la vallée d'Owens provoquaient des niveaux d'interférences radioélectriques beaucoup plus élevés que prévu. Par conséquent, ils ont conçu des filtres "notch" capables de couper les fréquences les plus affectées par les tours cellulaires.

« Ceci est important car de nombreuses sursauts radio solaires intéressants se produisent dans la plage des tours cellulaires (1,9-2,2 GHz). Ce sont les fréquences les plus basses qui montrent le mieux ce phénomène nouveau et mal compris des grandes sources, " dit Gary. " D'une manière ou d'une autre, les particules accélérées sont transportées vers un volume de couronne beaucoup plus grand que nous ne le pensions."

Avec un nouveau financement de la NASA, Gary et ses collègues mesureront le spectre radio à résolution spatiale des éruptions solaires, déterminer les paramètres des particules et du plasma en fonction de la position et du temps, puis utiliser la modélisation en 3 dimensions, que son groupe a développé, pour bien comprendre l'accélération initiale et le transport ultérieur des particules de haute énergie.

Le Soleil traverse des cycles d'activité de 11 ans, et cette dernière année a peut-être fourni les dernières fusées éclairantes que nous verrons pour les quatre ou cinq prochaines années, " dit Gary. " Pour les prochaines années, nous concentrerons nos efforts sur l'amélioration des régions de taches solaires actives et des images de disque complet avec la matrice. Cette imagerie à plus grande échelle spatiale est plus difficile, mais pourrait être tout aussi important, puisque les caractéristiques à plus grande échelle régissent l'influence du Soleil sur l'atmosphère terrestre et le vent solaire."