Une nouvelle étude, publiée dans The Astrophysical Journal a produit un film compressé de 14 ans du soleil observé dans les rayons gamma, un outil de visualisation qui a révélé que, contrairement à la distribution uniforme attendue de ces photons à haute énergie, le disque solaire peut devenir plus brillant dans les régions polaires. Cette tendance à ce que la lueur du soleil dans les rayons gamma soit dominante aux latitudes les plus élevées est évidente lors du pic de l'activité solaire, comme on a pu le constater en juin 2014.

L'étude, dirigée par Bruno Arsioli, de l'Institut d'astrophysique et des sciences spatiales (IA), au Portugal, et de la Faculté des sciences de l'Université de Lisbonne, pourrait contribuer à la compréhension du processus encore inconnu qui fait briller le soleil. fois plus lumineux en rayons gamma que ce à quoi les physiciens s'attendent. Cela peut également éclairer les prévisions météorologiques spatiales.

Les rayons gamma solaires sont produits dans le halo de notre étoile et lors des éruptions solaires, mais sont également émis par sa surface. "Le Soleil est attaqué par des particules proches de la vitesse de la lumière venant d'au-delà de notre galaxie et dans toutes les directions", explique Bruno Arsioli. "Ces rayons dits cosmiques sont chargés électriquement et sont déviés par les champs magnétiques du soleil. Ceux qui interagissent avec l'atmosphère solaire produisent une pluie de rayons gamma."

Les scientifiques pensaient que ces averses avaient la même chance d'être observées n'importe où sur le disque solaire. Ce que ces travaux suggèrent, c'est que les rayons cosmiques pourraient interagir avec le champ magnétique du soleil et produire ainsi une distribution de rayons gamma qui n'est pas uniforme à toutes les latitudes de notre étoile.

"Nous avons également détecté une différence d'énergie entre les pôles", complète Bruno Arsioli. "Au pôle sud, il y a un surplus d'émissions d'énergie plus élevée, de photons de 20 à 150 GeV, tandis que la plupart des photons les moins énergétiques proviennent du pôle nord." Les scientifiques n'ont pas encore d'explication à cette asymétrie.

Au maximum du cycle d’activité solaire, il est évident que les rayons gamma sont émis plus souvent aux latitudes plus élevées. Ils étaient particulièrement concentrés sur les pôles solaires en juin 2014, lors de l'inversion du champ magnétique solaire. C'est à ce moment-là que le dipôle du champ magnétique solaire échange ses deux signes, un phénomène particulier qui se produit au pic de l'activité solaire, une fois tous les 11 ans.

"Nous avons trouvé des résultats qui remettent en question notre compréhension actuelle du soleil et de son environnement", déclare Elena Orlando, de l'Université de Trieste, de l'INFN et de l'Université de Stanford, et co-auteur de cette étude.

"Nous avons démontré une forte corrélation entre l'asymétrie de l'émission solaire des rayons gamma et l'inversion du champ magnétique solaire, ce qui a révélé un lien possible entre l'astronomie solaire, la physique des particules et la physique des plasmas."

Les données utilisées proviennent de 14 années d'observations avec le satellite à rayons gamma Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT), entre août 2008 et janvier 2022. Cette période couvrait un cycle solaire complet, d'un minimum à l'autre, avec un pic en 2014.

L’un des défis consistait à démêler les émissions solaires des nombreuses autres sources de rayons gamma présentes dans le ciel de fond, traversées par la trajectoire apparente du soleil. Bruno Arsioli et sa collègue Elena Orlando ont produit un outil permettant d'intégrer tous les événements de rayons gamma solaires dans une fenêtre de l'ordre de 400 à 700 jours, et cette fenêtre peut glisser sur une période de 14 ans.

Grâce à cette visualisation, les moments d'excès polaires sont devenus clairs, ainsi que l'écart énergétique entre le nord et le sud.

"L'étude des émissions de rayons gamma du soleil représente une nouvelle fenêtre pour étudier et comprendre les processus physiques qui se produisent dans l'atmosphère de notre étoile", explique Arsioli. "Quels sont les processus qui créent ces excès aux pôles ? Peut-être existe-t-il des mécanismes supplémentaires générant des rayons gamma qui vont au-delà de l'interaction des rayons cosmiques avec la surface du soleil."

Pourtant, si l’on s’en tient aux rayons cosmiques, ils pourraient fonctionner comme une sonde de l’atmosphère solaire interne. L'analyse de ces observations Fermi-LAT motive également une nouvelle approche théorique qui devrait envisager une description plus détaillée des champs magnétiques du soleil.

Le lien possible entre la production de rayons gamma du Soleil et ses périodes spectaculaires d'éruptions solaires et d'éjections de masse coronale plus fréquentes, et entre celles-ci et les changements dans la configuration magnétique de notre étoile, pourrait contribuer à améliorer les modèles physiques qui prédisent l'activité solaire. Ceux-ci constituent la base des prévisions météorologiques spatiales, essentielles pour protéger les instruments des satellites dans l'espace et les télécommunications et autres infrastructures électroniques sur Terre.

"En 2024 et l'année prochaine, nous connaîtrons un nouveau maximum solaire, et une autre inversion des pôles magnétiques du soleil a déjà commencé. Nous prévoyons d'ici la fin de 2025 de réévaluer si l'inversion des champs magnétiques est suivie par un excédent dans l'atmosphère. émissions de rayons gamma des pôles", explique Bruno Arsioli.

Elena Orlando ajoute :"Nous avons trouvé la clé pour percer ce mystère, qui suggère les orientations futures à prendre. Il est fondamental que le télescope Fermi fonctionne et observe le soleil dans les années à venir."

Mais les rayons gamma solaires ont probablement plus à révéler et nécessitent davantage d’attention. Cette étude renforcera les arguments scientifiques en faveur de la surveillance continue du soleil par la prochaine génération d'observatoires spatiaux à rayons gamma.

"S'il est établi que les émissions à haute énergie véhiculent réellement des informations sur l'activité solaire, alors la prochaine mission devrait être planifiée pour fournir des données en temps réel sur les émissions de rayons gamma du soleil", déclare Arsioli.

Plus d'informations : Encore un autre mystère du soleil :asymétrie inattendue des émissions de GeV du disque solaire, The Astrophysical Journal (2024). DOI :10.3847/1538-4357/ad1bd2

Informations sur le journal : Journal d'astrophysique

Fourni par l'Université de Lisbonne