Un plasma laser de laboratoire recrée le chauffage de la couronne solaire
Des physiciens en Chine ont reproduit en laboratoire un processus qui pourrait aider à expliquer pourquoi l’atmosphère externe du Soleil est des centaines de fois plus chaude que sa surface : les champs magnétiques d’un plasma créé par laser se sont rapprochés et ont transformé l’énergie magnétique en chaleur.
Ces travaux, menés par une équipe comprenant Wei Sun, de l’Institut chinois de l’énergie atomique, et Yongli Ping, de l’Université normale de Pékin, ont été publiés en ligne le 20 octobre dans Physical Review Letters.
L’énigme de la couronne chaude
La surface visible du Soleil est à environ 5 500 °C, tandis que son atmosphère externe, la couronne, peut dépasser le million de degrés Celsius. Les scientifiques tentent depuis des décennies d’expliquer comment cette fine couche reste si chaude. L’un des suspects est une multitude de minuscules éruptions, appelées nanoéruptions, qui pourraient collectivement fournir la chaleur. La nouvelle expérience teste un déclencheur possible pour certaines d’entre elles.
Le Soleil est rempli de plasma, un état de la matière constitué de particules chargées, parcouru de champs magnétiques. Lorsque des champs de directions opposées se rencontrent et se reconnectent, l’énergie magnétique stockée est libérée et chauffe les particules. Ce processus s’appelle la reconnexion magnétique.
Le déroulement de l’expérience
Sur l’installation laser Shenguang-II à Shanghai, les chercheurs ont tiré quatre faisceaux laser se chevauchant sur une cible en plastique à la surface finement ondulée. Chaque impulsion durait un milliardième de seconde et transformait de la matière de la cible en plasma. Tandis que le plasma se dilatait dans un milieu bien moins dense et ralentissait, les ondulations à sa frontière se sont développées en « doigts » et en structures en forme de champignon, un comportement connu sous le nom d’instabilité de Rayleigh-Taylor.
Le plasma a généré ses propres champs magnétiques autour des « doigts », et les structures voisines portaient des champs de directions opposées. Des simulations informatiques ont montré que les « doigts » en expansion poussaient ces champs l’un vers l’autre, de sorte qu’ils se reconnectaient et chauffaient le plasma environnant.
Ce qu’ont montré les mesures
L’équipe a répété l’expérience avec une cible en plastique plane, qui a donné un écoulement plus lisse, sans « doigts ». À partir des rayons X émis par le plasma, les chercheurs ont estimé la température de ses électrons. Avec la cible ondulée, la température maximale des électrons a atteint environ 820 000 °C ; avec la cible plane, elle était environ deux fois moindre. Dans une simulation distincte où la formation de champs magnétiques était empêchée, le chauffage supplémentaire a en grande partie disparu, ce qui confirme le rôle des champs.
Sur le Soleil, des conditions similaires pourraient apparaître là où du plasma relativement froid et dense tombe à travers l’atmosphère environnante, un phénomène appelé pluie coronale, créant des frontières où l’instabilité peut se développer.
Les limites de la comparaison
Le plasma de laboratoire était beaucoup plus dense que dans les nanoéruptions solaires, et le processus s’est déroulé sur une échelle de temps bien plus courte. Le dispositif ne recréait pas non plus l’accumulation complète d’énergie magnétique du Soleil. Les résultats étayent un mécanisme qui pourrait contribuer à chauffer la couronne ; d’autres observations et expériences sont nécessaires pour établir à quelle fréquence il agit sur le Soleil et quelle part du chauffage il fournit. Plus dans notre rubrique sciences.