La science derrière les jets de plasma se produisant dans toute la chromosphère du soleil dévoilée

Physique de la nature (2022). DOI : 10.1038 / s41567-022-01522-1″ width=”562″ height=”297″/>

Crédit: Physique naturelle (2022). DOI : 10.1038 / s41567-022-01522-1

Les scientifiques ont dévoilé la science derrière les jets de plasma – le quatrième état de la matière constitué de particules chargées électriquement qui se produisent un peu partout dans la chromosphère du soleil, qui est la couche atmosphérique juste au-dessus de la surface visible du soleil.

Ces jets, ou spicules, apparaissent comme de fines structures de plasma ressemblant à de l’herbe qui jaillissent constamment de la surface et sont ensuite abaissées par gravité. La quantité d’énergie et de quantité de mouvement que ces spicules peuvent transporter est d’un intérêt fondamental en astrophysique solaire et des plasmas. Les processus par lesquels le plasma est fourni au vent solaire et l’atmosphère solaire est chauffée à un million de degrés Celsius restent un casse-tête.

Dirigé par des astronomes de l’Institut indien d’astrophysique, un institut autonome du Département des sciences et de la technologie (DST), Govt. de l’Inde, une équipe de chercheurs interdisciplinaires de l’Inde et du Royaume-Uni ont expliqué l’origine des “spicules” sur le soleil, en utilisant des expériences de laboratoire comme analogie. Ils ont découvert que la physique sous-jacente aux jets de peinture lorsqu’ils sont excités sur un haut-parleur est analogue aux jets de plasma solaire.

En essayant d’explorer la physique sous-jacente de la dynamique des spicules, l’équipe s’est tournée vers un haut-parleur audio. Un haut-parleur de graves réagit à l’excitation aux basses fréquences, comme les grondements entendus dans les films. Lorsqu’un liquide est placé au-dessus d’un tel haut-parleur et que la musique est allumée, la surface libre du liquide devient instable au-delà d’une certaine fréquence et se met à vibrer. Un bel exemple “d’excitation de Faraday” observée dans la nature est lorsque des gouttelettes d’eau éclaboussent le dos d’un alligator mâle partiellement submergé pendant la parade nuptiale. Cependant, une peinture ou un shampooing fluide produira des jets ininterrompus lorsqu’ils sont excités sur un haut-parleur, car ses longues chaînes de polymère lui confèrent une directionnalité.

Les auteurs de l’article ont réalisé que la physique sous-jacente à ces jets de peinture devait être analogue aux jets de plasma solaire. Ils ont ensuite demandé ce qu’il faudrait pour générer de tels jets dans le plasma. Sahel Dey, de l’Institut indien d’astrophysique (IIA), et premier auteur de l’étude, a expliqué : “Le plasma solaire peut être imaginé comme parcouru par des lignes de champ magnétique, un peu comme les longues chaînes dans les solutions de polymères. Cela rend les deux systèmes anisotropes. , avec des propriétés variant avec la direction dans l’espace.” Mathématiquement aussi, il existe une analogie dans le traitement des contraintes impliquées, bien qu’il existe également des différences évidentes.

“Encouragés par la similitude visuelle entre les spicules solaires et les jets de peinture sur le haut-parleur, nous avons étudié les rôles du champ magnétique sur le soleil à l’aide de simulations numériques de pointe du plasma solaire. En parallèle, nous avons exploré le rôle des chaînes polymères en utilisant la vidéographie au ralenti sur les ondes de Faraday dans les solutions polymères “, a déclaré Murthy OVSN, co-auteur de l’Université Azim Premji où les expériences de laboratoire ont été menées. Ils ont découvert que les jets sont maintenus intacts contre les instabilités par le champ magnétique au soleil et par les chaînes polymères dans la solution polymère, respectivement. La recherche a été publiée le 3 mars 2022 dans la revue Physique naturelle.

Les scientifiques ont expliqué que le plasma juste en dessous de la surface solaire visible (photosphère) est perpétuellement dans un état de convection, un peu comme de l’eau bouillante dans un récipient chauffé au fond. Celui-ci est finalement alimenté par l’énergie nucléaire libérée dans le cœur chaud et dense. La convection fournit des coups de pied presque périodiques mais puissants au plasma dans la chromosphère solaire, la couche semi-transparente peu profonde juste au-dessus du disque solaire visible. La chromosphère est 500 fois plus légère que le plasma de la photosphère. Par conséquent, ces forts coups de pied du bas, un peu comme un alligator beuglant, projettent le plasma chromosphérique vers l’extérieur à des vitesses ultrasonores sous la forme de fines colonnes ou spicules.

Les spicules sont de toutes tailles et de toutes vitesses. Le consensus existant dans la communauté solaire est que la physique derrière les spicules courts est différente de celle des spicules plus grands et plus rapides.

L’étude remet en question cette croyance répandue pour montrer que la convection solaire peut à elle seule former toutes sortes de jets, courts comme grands. “Les simulations ont pu reproduire une forêt de jets car elles ont exploré une gamme de paramètres plus réaliste que les études précédentes”, a déclaré Piyali Chatterjee, l’auteur correspondant et chercheur principal de l’IIA. Les membres de l’équipe ont utilisé trois superordinateurs différents, tous originaires d’Inde, y compris une installation de la National Supercomputing Mission à JNCASR (Bengaluru) pour exécuter leur code scientifique massivement parallèle.

Le professeur Annapurni Subramaniam, directeur de l’IIA, a déclaré : “Ce roman réunissant des astronomes solaires et des expérimentateurs de la matière condensée a pu révéler la cause sous-jacente des spicules solaires mal compris. Le pouvoir de la physique unificatrice qui relie des phénomènes physiquement disparates s’avérera être le moteur d’une collaboration beaucoup plus interdisciplinaire.”


Preuve trouvée d’une reconnexion magnétique générant des spicules sur le soleil


Plus d’information:
Sahel Dey et al, Les jets polymériques éclairent l’origine et la nature de la forêt de spicules solaires, Physique naturelle (2022). DOI : 10.1038 / s41567-022-01522-1

Fourni par PIB Delhi

Citation: La science derrière les jets de plasma se produisant sur toute la chromosphère du soleil dévoilée (10 mars 2022) récupéré le 16 mars 2022 sur https://phys.org/news/2022-03-science-jets-plasma-sun-chromosphere.html

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