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Les sondes Voyager détectent un étrange phénomène impliquant les rayons cosmiques solaires

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| NASA/JPL

Bien que notre soleil soit étudié depuis de très nombreuses années, il est encore loin d’avoir livré tous ses secrets. Récemment, les sondes Voyager 1 et 2 ont été témoins d’un curieux phénomène : des électrons issus de rayons cosmiques solaires accélérés par les ondes de choc des éruptions solaires, évoluant le long de lignes magnétiques interstellaires. Le mécanisme, déjà connu pour se produire quelque peu différemment dans le Système solaire, n’avait encore jamais été observé dans le milieu interstellaire avec ces paramètres. Une découverte qui aidera à mieux comprendre la dynamique des rayons cosmiques solaires et, par la même occasion, leur impact sur des missions lunaires et martiennes habitées.

Dans une nouvelle étude, une équipe de physiciens dirigée par l’Université de l’Iowa rapporte la première détection de sursauts d’électrons issus de rayons cosmiques accélérés par des ondes de choc provenant d’éruptions majeures sur le Soleil. La détection, effectuée par des instruments à bord des vaisseaux spatiaux Voyager 1 et Voyager 2, s’est produite alors que les sondes poursuivent leur voyage vers l’extérieur à travers l’espace interstellaire.

Ces sursauts d’électrons nouvellement détectés sont accélérés le long des lignes de champ magnétique dans le milieu interstellaire. Les électrons voyagent presque à la vitesse de la lumière, environ 670 fois plus vite que les ondes de choc qui les ont initialement propulsés. Les sursauts ont été suivis par des oscillations d’ondes de plasma causées par des électrons de plus faible énergie perçus par les instruments des sondes quelques jours plus tard — et finalement, dans certains cas, par l’onde de choc elle-même jusqu’à un mois après cela.

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Mieux comprendre la dynamique des rayons cosmiques solaires

Les ondes de choc émanaient d’éjections de masse coronale, des expulsions de gaz chaud et d’énergie qui se déplacent vers l’extérieur du soleil à environ 1’609’344 km/h. Même à ces vitesses, il faut plus d’un an pour que les ondes de choc atteignent le vaisseau spatial Voyager 1, qui a voyagé plus loin du soleil (plus de 22 milliards de kilomètres) que n’importe quel autre objet fabriqué par l’Homme.

« Ce que nous voyons ici spécifiquement est un certain mécanisme par lequel, lorsque l’onde de choc entre pour la première fois en contact avec les lignes de champ magnétique interstellaire traversant le vaisseau spatial, elle réfléchit et accélère certains des électrons des rayons cosmiques. Nous avons identifié, grâce aux instruments de bord des sondes, que ce sont des électrons qui ont été réfléchis et accélérés par des chocs interstellaires se propageant vers l’extérieur à partir d’événements énergétiques provenant du Soleil. C’est un nouveau mécanisme », explique Don Gurnett, professeur de physique et d’astronomie.

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Schéma indiquant les différentes zones et phénomènes du Système solaire et milieu interstellaire. Le processus détecté par les sondes Voyager (dont les positions sont indiquées) prend la forme d’électrons accélérés par les ondes de choc d’éruptions solaires le long des lignes de champ magnétique interstellaire. Crédits : NASA

La découverte pourrait aider les physiciens à mieux comprendre la dynamique sous-jacente aux ondes de choc et au rayonnement cosmique qui proviennent des étoiles éruptives (dont la luminosité peut varier brièvement en raison d’une activité violente à leur surface) et des étoiles qui terminent en supernova. La physique de ces phénomènes serait importante à prendre en compte lors de l’envoi d’astronautes en missions lunaires ou martiennes prolongées, par exemple, au cours desquelles ils seraient exposés à des concentrations de rayons cosmiques dépassant de loin ce que nous expérimentons sur Terre.

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Des électrons solaires accélérés le long de lignes magnétiques interstellaires

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Les physiciens pensent que ces électrons dans le milieu interstellaire sont réfléchis par un champ magnétique renforcé au bord de l’onde de choc et ensuite accélérés par le mouvement de l’onde elle-même. Les électrons réfléchis s’enroulent ensuite le long des lignes de champ magnétique interstellaire, gagnant de la vitesse à mesure que la distance entre eux et le choc augmente.

Dans un article de 2014 publié dans la revue The Astrophysical Letters, les physiciens J.R. Jokipii et Jozsef Kota ont décrit théoriquement comment les ions réfléchis par les ondes de choc pourraient être accélérés le long des lignes de champ magnétique interstellaire. L’étude actuelle examine les sursauts d’électrons détectés par le vaisseau spatial Voyager qui seraient accélérés par un processus similaire.

« L’idée que les ondes de choc accélèrent les particules n’est pas nouvelle. Tout dépend de son fonctionnement, du mécanisme. Et du fait que nous l’avons détecté dans un nouveau domaine, le milieu interstellaire, qui est très différent du vent solaire où des processus similaires ont été observés. Personne ne l’a encore observé avec une onde de choc interstellaire, dans un tout nouveau milieu cosmique », conclut Gurnett.

Sources : The Astronomical Journal

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