Une équipe de physiciens solaires dirigée par Laurent Gizon du Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) et de l'Université de Göttingen en Allemagne a rapporté la découverte d'oscillations globales du Soleil avec de très longues périodes, comparable à la période de rotation solaire de 27 jours. Les oscillations se manifestent à la surface solaire sous forme de mouvements tourbillonnants avec des vitesses de l'ordre de 5 kilomètres par heure. Ces mouvements ont été mesurés en analysant 10 ans d'observations du Solar Dynamics Observatory (SDO) de la NASA. En utilisant des modèles informatiques, les scientifiques ont montré que les oscillations récemment découvertes sont des modes de résonance et doivent leur existence à la rotation différentielle du Soleil. Les oscillations aideront à établir de nouvelles façons de sonder l'intérieur du Soleil et d'obtenir des informations sur la structure interne et la dynamique de notre étoile. Les scientifiques décrivent leurs découvertes dans une lettre à paraître aujourd'hui dans la revue Astronomie &Astrophysique .

Dans les années 1960, les notes de musique aiguës du Soleil ont été découvertes :Le Soleil sonne comme une cloche. Des millions de modes d'oscillations acoustiques avec de courtes périodes, près de 5 minutes, sont excités par la turbulence convective près de la surface solaire et sont piégés à l'intérieur du soleil. Ces oscillations de 5 minutes ont été observées en continu par des télescopes au sol et des observatoires spatiaux depuis le milieu des années 1990 et ont été utilisées avec beaucoup de succès par les héliosismologues pour en savoir plus sur la structure interne et la dynamique de notre étoile, tout comme les sismologues découvrent l'intérieur de la Terre en étudiant les tremblements de terre. L'un des triomphes de l'héliosismologie est d'avoir cartographié la rotation du Soleil en fonction de la profondeur et de la latitude (la rotation différentielle solaire).

En plus des oscillations de 5 minutes, il y a plus de 40 ans, des oscillations de période beaucoup plus longue étaient prévues dans les étoiles, mais n'avait pas été identifié sur le Soleil jusqu'à présent. "Les oscillations à longue période dépendent de la rotation du Soleil; elles ne sont pas de nature acoustique, " dit Laurent Gizon, auteur principal de la nouvelle étude et directeur au MPS. "La détection des oscillations à longue période du Soleil nécessite des mesures des mouvements horizontaux à la surface du Soleil sur de nombreuses années. Les observations continues de l'imageur héliosismique et magnétique (HMI) à bord du SDO sont parfaites à cette fin."

L'équipe a observé plusieurs dizaines de modes d'oscillation, chacun avec sa propre période d'oscillation et sa propre dépendance spatiale. Certains modes d'oscillation ont une vitesse maximale aux pôles, certains aux latitudes moyennes, et certains près de l'équateur. Les modes de vitesse maximale près de l'équateur sont les modes de Rossby, que l'équipe avait déjà identifiée en 2018. « Les oscillations à longue période se manifestent par des mouvements tourbillonnants très lents à la surface du Soleil à des vitesses d'environ 5 kilomètres à l'heure, c'est-à-dire la vitesse à laquelle une personne marche. " dit Zhi-Chao Liang de MPS. Kiran Jain de NSO, avec B. Lekshmi et Bastian Proxauf de MPS, a confirmé les résultats avec les données du Global Oscillation Network Group (GONG), un réseau de six observatoires solaires aux États-Unis, Australie, Inde, Espagne, et le Chili.

Pour identifier la nature de ces oscillations, l'équipe a comparé les données d'observation à des modèles informatiques. "Les modèles nous permettent de regarder à l'intérieur du Soleil et de déterminer la structure tridimensionnelle complète des oscillations, " explique Yuto Bekki, étudiant diplômé de MPS. Pour obtenir les oscillations du modèle, l'équipe a commencé avec un modèle de la structure du Soleil et de la rotation différentielle déduite de l'héliosismologie. En outre, la force de l'entraînement convectif dans les couches supérieures, et l'amplitude des mouvements turbulents est prise en compte dans le modèle. Les oscillations libres du modèle sont trouvées en considérant des perturbations de faible amplitude du modèle solaire. Les vitesses correspondantes à la surface correspondent bien aux oscillations observées et ont permis à l'équipe d'identifier les modes.

"Toutes ces nouvelles oscillations que nous observons sur le Soleil sont fortement affectées par la rotation différentielle du Soleil, " explique Damien Fournier, scientifique de MPS. La dépendance de la rotation solaire avec la latitude détermine où les modes ont des amplitudes maximales. " Les oscillations sont également sensibles aux propriétés de l'intérieur du Soleil :en particulier à la force des mouvements turbulents et à la viscosité associée le milieu solaire, ainsi qu'à la force de l'entraînement convectif, " explique Robert Cameron de MPS. Cette sensibilité est forte à la base de la zone de convection, environ deux cent mille kilomètres sous la surface solaire. "Tout comme nous utilisons des oscillations acoustiques pour connaître la vitesse du son dans l'intérieur solaire avec l'héliosismologie, nous pouvons utiliser les oscillations à longue période pour en savoir plus sur les processus turbulents, " il ajoute.

"La découverte d'un nouveau type d'oscillations solaires est très excitante car elle nous permet d'en déduire des propriétés, tels que la force de la conduite convective, qui contrôlent finalement la dynamo solaire, " précise Laurent Gizon. Le potentiel diagnostique des modes de longue période sera pleinement exploité dans les années à venir à l'aide d'un nouveau modèle informatique exascale en cours de développement dans le cadre du projet WHOLESUN, soutenu par une bourse Synergy du Conseil européen de la recherche 2018.