Quoi de plus amusant que quelque chose qui se comporte mal? En ce qui concerne la dynamique solaire, nous en savons beaucoup, mais il y a beaucoup de choses que nous ne comprenons pas encore. Par exemple, lorsqu'une éruption solaire remplie de particules se détache du Soleil, ses lignes de champ magnétique peuvent faire des choses assez inattendues - comme se séparer puis se reconnecter rapidement. Selon le théorème de congélation de flux, ces lignes magnétiques devraient simplement «s'écouler en boucle» avec les particules. Ils devraient rester intacts, mais ils ne le font pas. Ce n'est pas seulement une simple règle qu'ils enfreignent ... c'est une loi de la physique.
Qu'est-ce qui peut l'expliquer? Dans un article publié dans le numéro du 23 mai de «Nature», une équipe de recherche interdisciplinaire dirigée par un physicien mathématique de Johns Hopkins vient peut-être de trouver une explication plausible. Selon le groupe, le facteur sous-jacent est la turbulence - le «même type de trouble violent qui peut bousculer un avion de ligne lorsqu'il se produit dans l'atmosphère» - ou celui que votre frère laisse après avoir mangé des haricots cuits au four. En utilisant une technique de modélisation informatique bien organisée et construite de manière logique, les chercheurs ont pu simuler ce qui se passe lorsque les lignes de champ magnétique se heurtent à la turbulence d'une éruption solaire. Munis de ces informations, ils ont pu ensuite exposer leur cas.
«Le théorème de congélation des flux explique souvent les choses à merveille», a déclaré Gregory Eyink, professeur au Département de mathématiques appliquées et de statistique, auteur principal de l'étude «Nature». «Mais dans d'autres cas, cela échoue lamentablement. Nous voulions comprendre pourquoi cet échec se produit. »
Quel est exactement le théorème de congélation de flux? Vous avez peut-être entendu parler de Hannes Alfvén. Il était un ingénieur électrique suédois, physicien des plasmas et lauréat du prix Nobel de physique 1970 pour ses travaux sur la magnétohydrodynamique (MHD). Il est l'homme responsable d'expliquer ce que nous connaissons maintenant sous le nom d'ondes Alfvén - une oscillation à basse fréquence des ions et du champ magnétique dans le plasma. Eh bien, il y a environ 70 ans, il a pensé que des lignes de force magnétiques naviguent le long d'un fluide de locomotive semblable à des bouts de fil qui coulent le long d'un ruisseau. Il devrait être impossible pour eux de se briser et de se réinscrire. Cependant, les physiciens solaires ont découvert que ce n'est tout simplement pas le cas en ce qui concerne l'activité dans une éruption solaire particulièrement violente. Dans leurs observations, ils ont déterminé que les lignes de champ magnétique à l'intérieur de ces éruptions peuvent s'étirer jusqu'au point de rupture, puis se reconnecter en un temps étonnamment rapide - aussi peu que 15 minutes. Lorsque cela se produit, il expulse une grande quantité d'énergie qui, à son tour, alimente l'éruption.
"Mais le principe de congélation de flux de la physique moderne des plasmas implique que ce processus dans la couronne solaire devrait prendre un million d'années!" Eyink déclare avec animation. "Un gros problème en astrophysique est que personne ne peut expliquer pourquoi la congélation de flux fonctionne dans certains cas mais pas dans d'autres."
Bien sûr, il y a toujours eu des spéculations selon lesquelles la turbulence aurait pu être à l'origine du comportement énigmatique. Le temps de l'enquête? Tu paries. Eyink a ensuite uni ses forces - et ses esprits - avec d'autres experts en astrophysique, en génie mécanique, en gestion des données et en informatique, basés à Johns Hopkins et dans d'autres institutions. "Par nécessité, il s'agissait d'un effort hautement collaboratif", a déclaré Eyink. «Chacun apportait son expertise. Personne n'aurait pu accomplir cela. »
L'étape suivante consistait à créer une simulation informatique - une simulation qui pourrait reproduire l'état plasmatique de l'activité des éruptions solaires et toutes les nuances que subissent les particules chargées dans différentes conditions. "Notre réponse a été très surprenante", a déclaré Eyink. «La congélation du flux magnétique ne se vérifie plus lorsque le plasma devient turbulent. La plupart des physiciens s'attendaient à ce que la congélation du flux joue un rôle encore plus important à mesure que le plasma deviendrait plus conducteur et plus turbulent, mais, en fait, il se décompose complètement. Dans une surprise encore plus grande, nous avons constaté que le mouvement des lignes de champ magnétique devient complètement aléatoire. Je ne veux pas dire «chaotique», mais au contraire aussi imprévisible que la mécanique quantique. Plutôt que de circuler de façon ordonnée et déterministe, les lignes de champ magnétique se sont plutôt dispersées comme un panache de fumée. »
Bien sûr, d'autres experts en énergie solaire pensent qu'il peut y avoir des réponses alternatives à cette activité de violation des règles au sein des éruptions solaires, mais comme le dit Eyink, "je pense que nous avons démontré de manière convaincante que la turbulence à elle seule peut expliquer la rupture de la ligne de champ."
Ce qui est le plus excitant, c'est l'effort de collaboration des membres de l'équipe de disciplines aussi variées. C'est un effort de groupe qui a aidé Eyink à trouver cette nouvelle théorie sur l'énigme des éruptions solaires. «Nous avons utilisé de nouvelles méthodes de base de données révolutionnaires, comme celles utilisées dans le Sloan Digital Sky Survey, combinées à des techniques de calcul haute performance et à des développements mathématiques originaux», a-t-il déclaré. «Le travail a nécessité un mariage parfait de la physique, des mathématiques et de l'informatique pour développer une approche fondamentalement nouvelle pour effectuer des recherches avec de très grands ensembles de données.»
En conclusion, Eyink a noté que ce type de travail de recherche pourrait très bien nous donner une meilleure compréhension des éruptions solaires et des éjections de masse coronale. Comme nous le savons, ce type de «météorologie spatiale» dangereuse peut être nocif pour les astronautes, perturber les satellites de communication et même être responsable de l'arrêt des réseaux électriques sur Terre. Et vous savez ce que cela signifie… pas de télévision par satellite et pas de puissance pour la regarder. Mais ça va.
«Je ne reste pas dehors tard. Je m'en fous. Je suis à la maison vers huit heures… Juste moi et ma radio. Ce n'est pas une mauvaise conduite ... Je vous garde mon amour. "
Source de l'histoire originale: Communiqué de presse de l'Université Johns Hopkins.
