Pendant des décennies, les scientifiques ont tenté de résoudre un problème épineux concernant la météo dans l'espace :à des moments imprévisibles, des particules de haute énergie bombardent la Terre et des objets en dehors de l'atmosphère terrestre avec des radiations qui peuvent mettre en danger la vie des astronautes et détruire l'électronique des satellites. équipement. Ces poussées peuvent même déclencher des pluies de radiations suffisamment fortes pour atteindre les passagers des avions survolant le pôle Nord. Malgré tous les efforts des scientifiques, un modèle clair de comment et quand les poussées se produiront est resté durablement difficile à identifier.

Cette semaine, dans un article dans The Astrophysical Journal Letters , les auteurs Luca Comisso et Lorenzo Sironi du Département d'astronomie et du Laboratoire d'astrophysique de Columbia, ont utilisé des superordinateurs pour simuler quand et comment des particules de haute énergie naissent dans des environnements turbulents comme celui de l'atmosphère du soleil. Cette nouvelle recherche ouvre la voie à des prédictions plus précises sur le moment où des explosions dangereuses de ces particules se produiront.

"Cette nouvelle recherche passionnante nous permettra de mieux prédire l'origine des particules énergétiques solaires et d'améliorer les modèles de prévision des événements météorologiques spatiaux, un objectif clé de la NASA et d'autres agences spatiales et gouvernements du monde entier", a déclaré Comisso. Dans les deux prochaines années, a-t-il ajouté, la sonde solaire Parker de la NASA, le vaisseau spatial le plus proche du soleil, pourrait être en mesure de valider les découvertes de l'article en observant directement la distribution prévue des particules à haute énergie générées dans l'atmosphère extérieure du soleil.

Dans leur article, "Ion and Electron Acceleration in Fully Kinetic Plasma Turbulence", Comisso et Sironi démontrent que les champs magnétiques dans l'atmosphère extérieure du soleil peuvent accélérer les ions et les électrons jusqu'à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. L'atmosphère extérieure du soleil et des autres étoiles est constituée de particules à l'état de plasma, un état hautement turbulent distinct des états liquide, gazeux et solide. Les scientifiques pensent depuis longtemps que le plasma du soleil génère des particules à haute énergie. Mais les particules dans le plasma se déplacent de manière si erratique et imprévisible qu'elles n'ont jusqu'à présent pas été en mesure de démontrer pleinement comment et quand cela se produit.

À l'aide de supercalculateurs de Columbia, de la NASA et du National Energy Research Scientific Computing Center, Comisso et Sironi ont créé des simulations informatiques qui montrent les mouvements exacts des électrons et des ions dans le plasma solaire. Ces simulations imitent les conditions atmosphériques sur le soleil et fournissent les données les plus complètes recueillies à ce jour sur comment et quand les particules de haute énergie se formeront.

La recherche fournit des réponses aux questions que les scientifiques étudient depuis au moins 70 ans :En 1949, le physicien Enrico Fermi a commencé à étudier les champs magnétiques dans l'espace comme une source potentielle de particules de haute énergie (qu'il a appelées rayons cosmiques) qui ont été observés pénétrant dans l'atmosphère terrestre. Depuis lors, les scientifiques soupçonnent que le plasma solaire est une source majeure de ces particules, mais il est difficile de le prouver définitivement.

Les recherches de Comisso et Sironi, qui ont été menées avec le soutien de la NASA et de la National Science Foundation, ont des implications bien au-delà de notre propre système solaire. La grande majorité de la matière observable dans l'univers est à l'état de plasma. Comprendre comment certaines des particules qui constituent le plasma peuvent être accélérées à des niveaux d'énergie élevés est un nouveau domaine de recherche important puisque les particules énergétiques sont régulièrement observées non seulement autour du soleil, mais aussi dans d'autres environnements à travers l'univers, y compris les environs des trous noirs et étoiles à neutrons.

Alors que le nouvel article de Comisso et Sironi se concentre sur le soleil, d'autres simulations pourraient être exécutées dans d'autres contextes pour comprendre comment et quand des étoiles distantes, des trous noirs et d'autres entités de l'univers généreront leurs propres sursauts d'énergie.

"Nos résultats sont centrés sur le soleil, mais peuvent également être considérés comme un point de départ pour mieux comprendre comment les particules de haute énergie sont produites dans des étoiles plus éloignées et autour des trous noirs", a déclaré Comisso. "Nous n'avons fait qu'effleurer la surface de ce que les simulations de superordinateurs peuvent nous dire sur la façon dont ces particules sont nées à travers l'univers." + Explorer plus loin

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