Chercheurs du Centrum Wiskunde &Informatica (CWI), l'institut national de recherche en mathématiques et en informatique des Pays-Bas, ont étudié comment les particules du vent solaire sont accélérées et chauffées. En particulier, ils ont découvert comment les structures cohérentes dans le vent solaire, où les champs magnétiques et les courants électriques sont renforcés, affecter le transfert d'énergie responsable du chauffage. Les résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique le 19 mars 2018.

Le soleil émet un flux constant de particules chargées, qui forment le soi-disant vent solaire. A quelque distance du soleil, le vent solaire est plus chaud que prévu, ce qui signifie qu'un processus chauffe encore les particules même après qu'elles ont quitté l'atmosphère solaire. L'une des questions en suspens en physique spatiale est de savoir où et comment ce réchauffement a lieu. L'hypothèse de longue date est que le soleil provoque des turbulences dans le vent solaire émis. Cette turbulence remue le vent solaire, et ainsi accélère et chauffe davantage les particules.

Dans de nombreux écoulements turbulents, les mouvements à grande échelle (grands tourbillons) affectent les mouvements à petite échelle (petits tourbillons). Cela signifie qu'il y a un transfert d'énergie entre les mouvements à différentes échelles. C'est également le cas dans le vent solaire turbulent. Cependant, dans le vent solaire, la façon dont le transfert d'énergie se produit, s'avère surprenant. Les chercheurs ont découvert que le transfert d'énergie est très inhomogène :il ne se produit qu'à des endroits précis. En réalité, 80 pour cent du transfert d'énergie se produit dans environ 50 pour cent de l'espace.

Dans un article publié en Lettres d'examen physique , chercheur CWI Enrico Camporeale, avec des collègues d'Italie et de France, explique pourquoi c'est le cas. Ils ont découvert que certaines structures dans le vent solaire, où le champ magnétique et les courants électriques sont renforcés, sont responsables de l'inhomogénéité. Ces structures émergent naturellement dans tous les plasmas turbulents de faible densité, dont le vent solaire est un exemple. Ils se présentent typiquement sous la forme de feuilles allongées où le champ magnétique et les courants électriques sont plus élevés qu'ailleurs.

Le travail conduit à une meilleure compréhension de la turbulence du plasma dans les vents solaires. Une compréhension approfondie de ce phénomène est nécessaire pour développer de meilleures prévisions des événements solaires nocifs, telles que les particules énergétiques du vent solaire qui peuvent endommager les satellites et les réseaux électriques.

Pour arriver à leur conclusion, l'équipe a utilisé des simulations à haute résolution, exécuté au centre de supercalculateur italien CINECAB. En utilisant une technique innovante de filtre spatial, ils ont pu calculer la quantité de transfert d'énergie de grande à petite échelle dans différentes régions de la simulation, et de quantifier l'importance de structures cohérentes.