Les images photosphériques et chromosphériques ont été enregistrées avec le satellite Hinode, tandis que les lignes colorées entre les deux visualisent la présence de lignes de champ magnétique à partir des simulations numériques réalistes des chercheurs à l'aide du code avancé Sheffield (SAC). Les courbes rouges et bleues sont des tourbillons détectés par l'algorithme de détection automatique des tourbillons (ASDA) développé par les chercheurs. Crédit :Liu et al. Communication Nature, 10:3504, 2019
Une équipe internationale de scientifiques dirigée par l'Université de Sheffield a découvert des preuves d'observation non détectées auparavant de fréquentes impulsions d'ondes énergétiques de la taille du Royaume-Uni, transporter l'énergie de la surface solaire vers la haute atmosphère solaire.
Les ondes et les impulsions de plasma magnétiques ont été largement suggérées comme l'un des mécanismes clés qui pourraient répondre à la question de longue date de savoir pourquoi la température de l'atmosphère solaire augmente considérablement, de milliers à millions de degrés, lorsque vous vous éloignez de la surface solaire.
De nombreuses théories ont été avancées, dont certains développés à l'Université de Sheffield, par exemple, chauffer le plasma par ondes magnétiques ou plasma magnétique, mais la validation observationnelle de l'ubiquité d'un mécanisme de transport d'énergie approprié s'est avérée difficile jusqu'à présent.
En développant des approches innovantes, mathématiciens appliqués au Solar Physics and Space Plasma Research Center (SP2RC) de la School of Mathematics and Statistics de l'Université de Sheffield, et l'Université des sciences et technologies de Chine, ont découvert des preuves d'observation uniques d'impulsions d'ondes énergétiques abondantes, du nom du lauréat du prix Nobel Hannes Alfvén, dans l'atmosphère solaire.
Ces impulsions d'Alfvén de courte durée se sont avérées être générées par des tourbillons de plasma photosphériques répandus de la taille des îles britanniques, qui sont suggérés pour avoir une population d'au moins 150, 000 dans la photosphère solaire à tout moment.
Professeur Robertus Erdélyi (alias von Fáy-Siebenbürgen), Responsable du SP2RC, dit :"Les mouvements tourbillonnants sont partout dans l'univers, de faire couler de l'eau dans des robinets domestiques d'une taille de quelques centimètres, aux tornades sur Terre et sur le Soleil, des jets solaires et des galaxies spirales d'une taille allant jusqu'à 520, 000 années-lumière. Ce travail a montré, pour la première fois, la preuve observationnelle que les tourbillons omniprésents dans l'atmosphère solaire pourraient générer des impulsions d'Alfvén de courte durée.
Le cylindre gris représente un tube de flux magnétique tandis que les lignes vertes sont des lignes de champ magnétique. Les régions avec la couleur violette dans les lignes de champ mettent en évidence l'emplacement de l'impulsion magnétique d'Alfvén se propageant. Différentes couleurs sur le disque central représentent différentes densités de plasma local. La figure illustre comment une impulsion de plasma magnétique d'Alfvén apparaîtra sous forme de tourbillons chromosphériques observés. Une animation en ligne de cette figure est disponible. Crédit :Liu et al. Communication Nature, 10:3504, 2019
"Les impulsions générées par Alfvén pénètrent facilement dans l'atmosphère solaire le long de tubes à flux magnétique cylindriques, une forme de magnétisme un peu comme les arbres dans une forêt. Les impulsions pourraient se déplacer vers le haut et atteindre le sommet des couches chromosphériques solaires, ou, même au-delà."
Les modes d'Alfvén sont actuellement très difficiles à observer directement, car ils ne provoquent pas de concentrations d'intensité locales ou de raréfactions lors de leur cheminement dans un plasma magnétisé. Ils sont difficiles à distinguer par l'observation de certains autres types de modes plasma magnétiques, comme les ondes plasma magnétiques transversales bien connues, souvent appelés modes kink.
"Le flux d'énergie transporté par les impulsions d'Alfvén que nous avons détectées maintenant est estimé à plus de 10 fois supérieur à celui nécessaire pour chauffer la chromosphère solaire supérieure locale, " a déclaré le Dr Jiajia Liu, attaché de recherche postdoctoral.
"La chromosphère est une couche relativement mince entre la surface solaire et la couronne extrêmement chaude. La chromosphère solaire apparaît comme un anneau rouge autour du Soleil pendant les éclipses solaires totales."
Le professeur Erdélyi a ajouté :« C'est une question fascinante pour la communauté scientifique depuis longtemps :comment le Soleil et de nombreuses autres étoiles fournissent de l'énergie et de la masse à leur haute atmosphère. Nos résultats, dans le cadre d'une collaboration passionnante entre le Royaume-Uni et la Chine, impliquant nos meilleurs scientifiques en début de carrière comme les Drs Jiajia Liu, Chris Nelson et Ben Snow, sont un pas en avant important dans la fourniture de l'énergie non thermique nécessaire pour le chauffage au plasma solaire et astrophysique.
"Nous croyons, ces tourbillons de plasma magnétique photosphériques de taille britannique sont également des candidats très prometteurs non seulement pour l'énergie mais aussi pour le transport de masse entre les couches inférieures et supérieures de l'atmosphère solaire. Nos futures recherches avec mes collègues du SP2RC se concentreront désormais sur ce nouveau puzzle. "
