Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l'ETH Zurich a reconstitué l'activité solaire jusqu'en 969 en utilisant des mesures de carbone radioactif dans les cernes des arbres. Ces résultats aident les scientifiques à mieux comprendre la dynamique du soleil et permettent une datation plus précise des matériaux organiques à l'aide de la méthode C14.

Ce qui se passe au soleil ne peut être observé qu'indirectement. Taches solaires, par exemple, révéler le degré d'activité solaire - plus il y a de taches solaires visibles à la surface du soleil, plus notre étoile centrale est active au plus profond de nous. Même si les taches solaires sont connues depuis l'antiquité, ils n'ont été documentés en détail que depuis l'invention du télescope il y a environ 400 ans. Grâce à cela, nous savons maintenant que le nombre de taches varie selon des cycles réguliers de onze ans et que, de plus, il y a des périodes prolongées d'activité solaire forte et faible, qui se reflète également dans le climat sur Terre.

Cependant, comment l'activité solaire s'est développée avant le début des enregistrements systématiques a été jusqu'à présent difficile à reconstituer. Une équipe de recherche internationale dirigée par Hans-Arno Synal et Lukas Wacker du Laboratoire de physique des faisceaux d'ions de l'ETH, qui comprenait l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire à Göttingen et l'Université de Lund en Suède, a maintenant retracé le cycle de onze ans du soleil jusqu'à l'an 969 en utilisant des mesures de la concentration de carbone radioactif dans les cernes des arbres. À la fois, les chercheurs ont ainsi créé une base de données importante pour une détermination plus précise de l'âge à l'aide de la méthode C14. Leurs résultats ont été récemment publiés dans la revue scientifique Géosciences de la nature .

Activité solaire des cernes des arbres

Reconstituer l'activité solaire sur un millénaire avec une très bonne résolution temporelle d'à peine un an, les chercheurs ont utilisé des archives d'anneaux d'arbres d'Angleterre et de Suisse. Dans ces cernes d'arbres, dont les âges peuvent être déterminés avec précision en comptant les anneaux, il y a une infime fraction de carbone radioactif C14, avec seulement un atome sur 1000 milliards étant radioactif. De la demi-vie connue de l'isotope C14 - environ 5700 ans - on peut alors déduire la concentration de carbone radioactif présent dans l'atmosphère au moment de la formation de l'anneau de croissance. Comme le carbone radioactif est principalement produit par des particules cosmiques, qui à leur tour sont plus ou moins éloignés de la Terre par le champ magnétique du soleil - plus le soleil est actif, mieux elle protège la Terre :il est possible de déduire l'activité solaire d'une modification de la concentration de C14 dans l'atmosphère.

De meilleurs résultats grâce aux techniques de détection modernes

Mesures précises d'un changement dans cette concentration déjà très faible, cependant, ressemble à la recherche d'un grain de poussière sur une aiguille dans une énorme botte de foin. "Les seules mesures de ce genre ont été faites dans les années 80 et 90, " dit Lukas Wacker, "mais seulement pour les 400 dernières années et en utilisant la méthode de comptage extrêmement laborieuse." Dans cette méthode, les événements de désintégration radioactive de C14 dans un échantillon sont directement comptés à l'aide d'un compteur Geiger, qui nécessite une quantité de matière relativement importante et, en raison de la longue demi-vie du C14, encore plus de temps. « En utilisant la spectrométrie de masse à accélérateur moderne, nous étions désormais en mesure de mesurer la concentration de C14 à 0,1 % près en quelques heures seulement avec des échantillons de cernes des arbres mille fois plus petits. " ajoute le doctorant Nicolas Brehm, qui était responsable de ces analyses.

En spectrométrie de masse par accélérateur, Les atomes C14 et C12 (les "normes, " charbon non radioactif; C14, par contre, contient deux neutrons supplémentaires dans son noyau) du matériau de l'arbre sont d'abord chargés électriquement puis accélérés par un potentiel électrique de plusieurs milliers de volts, après quoi ils sont envoyés à travers un champ magnétique. Dans ce champ magnétique, les deux isotopes du carbone, qui ont des masses différentes, sont déviés à des degrés différents et peuvent donc être comptés séparément. Pour éventuellement obtenir les informations souhaitées sur l'activité solaire à partir de ces données brutes, les chercheurs doivent y effectuer des analyses statistiques complexes et poursuivre le traitement des résultats à l'aide de modèles informatiques.

Cycle régulier de onze ans sur un millénaire

Cette procédure a permis aux chercheurs de reconstruire de manière transparente l'activité solaire de 969 à 1933. À partir de cette reconstruction, ils ont pu confirmer la régularité du cycle de onze ans ainsi que le fait que l'amplitude de ce cycle (de combien l'activité solaire augmente et vers le bas) est également plus petite pendant les minima solaires de longue durée. De telles informations sont importantes pour une meilleure compréhension de la dynamique interne du soleil. Les résultats des mesures ont également permis de confirmer l'événement proton énergétique solaire de 993. Dans un tel événement, les protons fortement accélérés qui atteignent la Terre lors d'une éruption solaire provoquent une légère surproduction de C14. De plus, l'équipe de recherche a également trouvé des preuves de deux autres, des événements encore inconnus en 1052 et 1279. Cela pourrait indiquer que de tels événements, qui peuvent gravement perturber les circuits électroniques sur Terre et dans les satellites, se produisent plus fréquemment qu'on ne le pensait auparavant.

Datation plus précise par la méthode C14

Comme les archives des cernes des arbres existent depuis 14'000 ans, dans un avenir proche, les chercheurs souhaitent utiliser leur méthode pour déterminer les concentrations annuelles de C14 jusqu'à la fin de la dernière période glaciaire. Comme une sorte de « extra, " les données de la nouvelle étude peuvent être utilisées pour dater la matière organique de manière beaucoup plus précise à l'aide de la méthode C14 et ont déjà été incluses dans la dernière édition des courbes d'étalonnage radio-carbone internationalement reconnues (IntCal). " L'ETH n'avait pas été impliqué dans cette base de données de référence avant, " dit Lukas Wacker, "mais avec nos nouveaux résultats, nous avons maintenant contribué à un tiers des mesures en une seule fois."