Les éruptions solaires comptent parmi les explosions les plus violentes de notre système solaire, mais malgré leur immense énergie, équivalente à cent milliards de bombes atomiques explosant en même temps, les physiciens n'ont toujours pas été en mesure de déterminer exactement comment ces éruptions soudaines sur le soleil sont capables de lancer des particules sur Terre, à près de 93 millions de kilomètres, en moins d'une heure.

Maintenant, dans une étude publiée le 8 juin dans Nature , des chercheurs du New Jersey Institute of Technology (NJIT) ont identifié l'emplacement précis où les particules chargées des éruptions solaires sont accélérées à une vitesse proche de la lumière.

Les nouvelles découvertes, rendues possibles grâce aux observations d'une éruption solaire de classe X en 2017 par le radiotélescope élargi Owens Valley Solar Array (EOVSA) du NJIT, ont révélé un accélérateur de particules très efficace situé à l'extrémité du point le plus brillant de l'éruption dans le l'atmosphère externe du soleil, appelée "région cuspide" de l'éruption, où le plasma ambiant de l'explosion est converti en électrons de haute énergie.

Les chercheurs affirment que la découverte de la région, mesurée à près de deux fois le volume de la Terre, pourrait ouvrir de nouvelles portes pour étudier les processus fondamentaux d'accélération des particules omniprésents dans l'univers.

"Les résultats de cette étude aident à expliquer le mystère de longue date de la façon dont les éruptions solaires peuvent produire autant d'énergie en quelques secondes", a déclaré Gregory Fleishman, auteur correspondant de l'article et éminent professeur de recherche en physique au Centre de recherche solaire-terrestre du NJIT. . "L'éruption libère sa puissance dans une région du soleil beaucoup plus vaste que prévu par le modèle classique des éruptions solaires. Bien que d'autres aient postulé que cela doit se produire, c'est la première fois que la taille, la forme et l'emplacement spécifiques de cette région clé ont été identifié, et l'efficacité de la conversion d'énergie en accélération des particules à l'intérieur de la torche a été mesurée."

La découverte fait suite à des études distinctes de 2020 publiées dans Science et astronomie de la nature , où les instantanés détaillés d'EOVSA de l'éruption et des changements dans le champ magnétique du soleil, pris à des centaines de fréquences radio à la fois, ont initialement donné à l'équipe NJIT une piste sur l'emplacement.

"Nos études récentes ont suggéré que la cuspide de l'éruption pourrait être l'endroit où de tels électrons à haute énergie sont produits, mais nous n'en étions pas certains", a expliqué Bin Chen, professeur agrégé au NJIT et co-auteur de l'article. "Nous avions initialement découvert une structure magnétique en forme de bouteille sur le site qui contenait un nombre extrêmement élevé d'électrons par rapport à n'importe où ailleurs dans l'éruption, mais maintenant avec les nouvelles mesures de cette étude, nous pouvons dire avec plus de confiance qu'il s'agit de la particule de l'éruption. accélérateur."

En utilisant les capacités uniques d'imagerie micro-ondes d'EOVSA, l'équipe a pu mesurer le spectre d'énergie des électrons à des centaines d'emplacements d'une éruption solaire de classe X déclenchée par une reconfiguration des lignes de champ magnétique le long de la surface du soleil le 10 septembre 2017.

"L'imagerie spectrale d'EOVSA nous a donné une carte complète du plasma thermique de l'éruption au fur et à mesure qu'elle évoluait seconde par seconde. Mais à notre grande surprise, ce que nous avons trouvé était un trou mystérieux dans la carte du plasma thermique qui a commencé à se développer à l'extrémité de l'éruption", a déclaré Gelu Nita, professeur de recherche NJIT et co-auteur de l'article. "Plus que cela, à mesure que les particules thermiques dans la région disparaissaient, le trou était alors densément rempli de particules non thermiques à haute énergie."

L'analyse de l'équipe a mis en lumière un processus de conversion d'énergie incroyablement efficace dans l'accélérateur de particules de l'éruption solaire, où l'énergie intense des champs magnétiques du soleil est rapidement libérée et transférée en énergie cinétique à l'intérieur de la région.

"Nous nous sommes demandé à quel point ce processus de conversion d'énergie serait efficace... combien de particules dans cette zone seraient accélérées au-delà de l'énergie thermique de l'explosion ?" a ajouté Sijie Yu, co-auteur de l'étude et professeur de recherche adjoint au NJIT. "En utilisant les données ultraviolettes extrêmes du soleil, nous avons confirmé qu'il ne restait pratiquement aucune particule à l'intérieur de la région à des énergies thermiques inférieures à quelques millions de Kelvin, conformément à la mesure EOVSA selon laquelle les particules avaient toutes été accélérées à des énergies non thermiques supérieures à 20 keV, soit près de 100 millions de Kelvin."

L'équipe affirme maintenant que ces dernières découvertes pourraient aider les scientifiques à étudier des questions fondamentales de la physique des particules qui ne sont pas possibles sur Terre, ainsi qu'offrir de nouvelles informations sur la façon dont ces particules à haute énergie du soleil pourraient avoir un impact sur la Terre lors de futurs événements météorologiques spatiaux.

"Un aspect important de cette étude est qu'elle attire l'attention des théoriciens sur l'endroit précis où se produit la majeure partie de la libération d'énergie et de l'accélération des particules, et fournit des mesures quantitatives pour guider les modèles numériques", déclare Dale Gary, professeur distingué du NJIT et directeur de EOVSA. "However, to extend our measurements to much broader flare regions and weaker but more frequent flare events, we are developing a next-generation, solar-dedicated radio array called the Frequency Agile Solar Radiotelescope, which will be at least 10 times larger and orders of magnitude more powerful."

"We still want to investigate the physical mechanism driving particle acceleration in solar flares. But future studies must account for what we now know about these enormous explosions—both the main energy release at the cusp region and the 100% efficiency at which charged particle acceleration occurs," said Fleishman. "These findings call for a major revision to the models we use to study solar flares and their impact on Earth." + Explorer plus loin

Scientists measure the evolving energy of a solar flare's explosive first minutes