Cette découverte a été rendue possible grâce à l'une des images les plus détaillées d'une importante éruption solaire obtenues par Solar Orbiter, observée lors du survol rapproché du Soleil par la sonde le 30 septembre 2024.
Les éruptions solaires sont de puissantes explosions à la surface du Soleil. Elles se produisent lorsque l'énergie stockée dans des champs magnétiques enchevêtrés est soudainement libérée par un processus appelé « reconnexion magnétique ». En quelques minutes, des lignes de champ magnétique entrecroisées et de directions opposées se rompent puis se reconnectent.
Ces lignes de champ nouvellement reconnectées peuvent rapidement chauffer et accélérer du plasma à des millions de degrés, voire des particules de haute énergie, loin du site de reconnexion, créant ainsi potentiellement une éruption solaire.
Les éruptions les plus puissantes peuvent déclencher une chaîne de réactions conduisant à des orages géomagnétiques sur Terre, pouvant même provoquer des coupures radio ; c'est pourquoi il est si important de les surveiller et de les comprendre.
Image la plus détaillée à ce jour d'une importante éruption solaire prise par Solar Orbiter, avec filaments, pluies de plasma, événements de reconnexion magnétique et émissions de rayons X clairement identifiés. Crédit : ESA & NASA/Solar Orbiter/Équipe EUI
Mais les mécanismes précis de la libération si rapide de cette quantité colossale d'énergie restaient jusqu'alors mal compris. Cet ensemble inédit d' observations de Solar Orbiter – réalisées grâce au travail complémentaire de quatre instruments de la mission, offrant ainsi l'image la plus complète jamais obtenue d'une éruption solaire – apporte enfin une réponse convaincante.
Les images haute résolution de l'instrument EUI (Extreme Ultraviolet Imager) de la sonde Solar Orbiter ont permis de zoomer sur des structures de quelques centaines de kilomètres de diamètre seulement dans la couronne solaire, l'atmosphère externe du Soleil, et de capturer des changements toutes les deux secondes. Trois autres instruments – SPICE, STIX et PHI – ont analysé différentes profondeurs et régimes de température, de la couronne jusqu'à la surface visible du Soleil, ou photosphère. Ces observations ont notamment permis aux scientifiques d'observer la progression des événements qui ont conduit à l'éruption solaire sur une période d'environ 40 minutes.
« Nous avons eu la chance inouïe d'observer les prémices de cette importante éruption solaire avec une précision remarquable », déclare Pradeep Chitta, de l'Institut Max Planck de recherche sur le système solaire de Göttingen, en Allemagne, et principal auteur de l'article. « Des observations aussi détaillées et à haute cadence d'une éruption ne sont pas toujours possibles, en raison des fenêtres d'observation limitées et de l'espace mémoire considérable que ces données occupent sur l'ordinateur de bord du vaisseau spatial. Nous étions vraiment au bon endroit au bon moment pour saisir les moindres détails de cette éruption. »
Les images haute résolution de Solar Orbiter révèlent les détails précis du processus d'« avalanche magnétique » qui a précédé l'éruption solaire majeure du 30 septembre 2024. Crédit : ESA & NASA/Solar Orbiter/Équipe EUI
Avalanche magnétique en action
Lorsque l'EUI a commencé à observer la région à 23h06 heure universelle (UT), environ 40 minutes avant le pic d'activité éruptive, un « filament » sombre en forme d'arche de champs magnétiques torsadés et de plasma était déjà présent, connecté à une structure en forme de croix de lignes de champ magnétique devenant progressivement plus brillantes.
En zoomant sur cette caractéristique, on constate que de nouveaux filaments de champ magnétique apparaissent à chaque image, soit toutes les deux secondes ou moins. Chaque filament est contenu magnétiquement et ils s'entrelacent comme des cordes.
Puis, comme lors d'une avalanche classique, la région devient instable. Les câbles entrelacés se rompent et se reconnectent, déclenchant rapidement une cascade de déstabilisations. Il en résulte des reconnexions de plus en plus fortes et des flux d'énergie, visibles sur les images par une augmentation soudaine et progressive de la luminosité.
La sonde Solar Orbiter a observé que, juste avant une éruption solaire, les champs magnétiques torsadés se rompent puis se reconnectent, créant un flux d'énergie qui se déverse ensuite à travers l'atmosphère solaire sous forme de rubans. Crédit : ESA & NASA/Solar Orbiter/Équipe EUI
Une éclaircie particulière débute à 23h29 TU, suivie du détachement du filament sombre, qui se projette dans l'espace tout en se déroulant violemment à grande vitesse. Des étincelles lumineuses de reconnexion sont visibles tout le long du filament avec une résolution exceptionnellement élevée, tandis que l'éruption principale se produit vers 23h47 TU.
« Ces minutes précédant l'éruption sont cruciales, et Solar Orbiter nous a offert une fenêtre ouverte sur le pied de l'éruption, là où ce processus d'avalanche a débuté », explique Pradeep. « Nous avons été surpris de constater à quel point cette importante éruption est alimentée par une série de reconnexions magnétiques de moindre ampleur qui se propagent rapidement dans l'espace et le temps. »
Les scientifiques avaient déjà proposé un modèle d'avalanche simple pour expliquer le comportement collectif de centaines de milliers d'éruptions solaires et d'autres étoiles, mais on ignorait si une seule grande éruption pouvait être décrite par une avalanche. Ce résultat démontre précisément cela : une éruption n'est pas nécessairement une seule éruption cohérente, mais peut être une cascade d'événements de reconnexion interagissant.
Pluie de taches de plasma
Pour la première fois, et grâce aux mesures simultanées des instruments SPICE et STIX de Solar Orbiter, l'équipe de Pradeep a pu explorer avec une résolution extrêmement élevée comment la série rapide d'événements de reconnexion dépose de l'énergie dans la partie la plus externe de l'atmosphère solaire.
Évolution de l'émission de rayons X lors de l'éruption solaire de classe M7.7 enregistrée en haute résolution par Solar Orbiter le 30 septembre 2024. Les contours colorés délimitent les régions sources de rayons X détectées par le spectromètre/télescope à rayons X (STIX) de la mission, aux niveaux de mesure indiqués dans la légende. Ces images sont superposées à celles enregistrées par l'imageur ultraviolet extrême (EUI) de la mission. Crédit : ESA et NASA/Solar Orbiter/Équipes EUI et STIX
L'émission de rayons X de haute énergie présente un intérêt particulier, car elle indique où les particules accélérées ont déposé leur énergie. Étant donné que ces particules peuvent s'échapper dans l'espace interplanétaire et exposer les satellites, les astronautes et même les technologies terrestres à des risques radiologiques, il est essentiel de comprendre ce processus à des fins de prévision.
Lors de l'éruption du 30 septembre, l'émission dans le domaine ultraviolet et des rayons X augmentait déjà lentement lorsque SPICE et STIX ont commencé à observer la région. L' émission de rayons X a connu une hausse si spectaculaire pendant l'éruption elle-même — à mesure que les événements de reconnexion magnétique s'intensifiaient — que les particules ont été accélérées à des vitesses de 40 à 50 % de la vitesse de la lumière, soit environ 431 à 540 millions de km/h. De plus, les observations ont montré que l'énergie était transférée du champ magnétique au plasma environnant lors de ces événements de reconnexion.
« Nous avons observé des structures rubanées se déplacer extrêmement rapidement à travers l'atmosphère solaire, avant même le pic principal de l'éruption », explique Pradeep. « Ces flux de "pluie de plasma" sont la signature d'un dépôt d'énergie qui s'intensifie à mesure que l'éruption progresse. Même après la fin de l'éruption, cette pluie de plasma persiste un certain temps. C'est la première fois que nous observons ce phénomène avec une telle précision spatiale et temporelle dans la couronne solaire. »
Après la phase principale de l'éruption, la forme en croix initiale des lignes de champ magnétique se dissipe sur les images EUI, tandis que STIX et SPICE observent un refroidissement du plasma et une diminution des émissions de particules vers des niveaux « normaux ». Simultanément, PHI observe l'empreinte de l'éruption [NS1] sur la surface visible du Soleil, complétant ainsi l'image tridimensionnelle de l'événement.
L'instrument PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager) de la sonde Solar Orbiter a observé avec une précision impressionnante l'empreinte à grande échelle de l'éruption solaire sur la surface visible du Soleil (photosphère), complétant ainsi l'image tridimensionnelle de l'événement. Crédit : ESA & NASA/Solar Orbiter/Équipe PHI
« Nous ne nous attendions pas à ce que le processus d'avalanche puisse produire des particules d'une énergie aussi élevée », explique Pradeep. « Il nous reste encore beaucoup à explorer, mais cela nécessitera des images à rayons X à résolution encore plus élevée, fournies par de futures missions, pour vraiment comprendre ce phénomène. »
« Il s'agit de l'un des résultats les plus passionnants obtenus à ce jour par Solar Orbiter », déclare Miho Janvier, co-responsable scientifique du projet Solar Orbiter à l'ESA. « Les observations de Solar Orbiter révèlent le mécanisme central d'une éruption solaire et soulignent le rôle crucial d'un mécanisme de libération d'énergie magnétique en avalanche. Il serait intéressant de savoir si ce mécanisme se produit lors de toutes les éruptions solaires, et sur d'autres étoiles éruptives. »
« Ces observations passionnantes, capturées avec une précision incroyable et presque instant par instant, nous ont permis de voir comment une séquence de petits événements s'est transformée en gigantesques explosions d'énergie », explique David Pontin, de l'Université de Newcastle, en Australie, co-auteur de l'article.
Il ajoute : « En comparant les observations EUI avec les observations du champ magnétique, nous avons pu reconstituer la chaîne d’événements qui a conduit à l’éruption. Nos observations remettent en question les théories existantes sur la libération d’énergie lors des éruptions et, combinées à d’autres observations, nous permettront d’affiner ces théories afin d’améliorer notre compréhension. »
Détails de la publication : Une avalanche magnétique comme moteur principal d'une éruption solaire, Astronomy and Astrophysics (2026). DOI : 10.1051/0004-6361/202557253, www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202557253
Par l'Agence spatiale européenne.
Édité par Gaby Clark, revu par Robert Egan
Fourni par l'Agence spatiale européenne
Image la plus détaillée à ce jour d'une importante éruption solaire prise par Solar Orbiter, avec filaments, pluies de plasma, événements de reconnexion magnétique et émissions de rayons X clairement identifiés. Crédit : ESA & NASA/Solar Orbiter/Équipe EUI
Mais les mécanismes précis de la libération si rapide de cette quantité colossale d'énergie restaient jusqu'alors mal compris. Cet ensemble inédit d' observations de Solar Orbiter – réalisées grâce au travail complémentaire de quatre instruments de la mission, offrant ainsi l'image la plus complète jamais obtenue d'une éruption solaire – apporte enfin une réponse convaincante.
Les images haute résolution de l'instrument EUI (Extreme Ultraviolet Imager) de la sonde Solar Orbiter ont permis de zoomer sur des structures de quelques centaines de kilomètres de diamètre seulement dans la couronne solaire, l'atmosphère externe du Soleil, et de capturer des changements toutes les deux secondes. Trois autres instruments – SPICE, STIX et PHI – ont analysé différentes profondeurs et régimes de température, de la couronne jusqu'à la surface visible du Soleil, ou photosphère. Ces observations ont notamment permis aux scientifiques d'observer la progression des événements qui ont conduit à l'éruption solaire sur une période d'environ 40 minutes.
« Nous avons eu la chance inouïe d'observer les prémices de cette importante éruption solaire avec une précision remarquable », déclare Pradeep Chitta, de l'Institut Max Planck de recherche sur le système solaire de Göttingen, en Allemagne, et principal auteur de l'article. « Des observations aussi détaillées et à haute cadence d'une éruption ne sont pas toujours possibles, en raison des fenêtres d'observation limitées et de l'espace mémoire considérable que ces données occupent sur l'ordinateur de bord du vaisseau spatial. Nous étions vraiment au bon endroit au bon moment pour saisir les moindres détails de cette éruption. »
Les images haute résolution de Solar Orbiter révèlent les détails précis du processus d'« avalanche magnétique » qui a précédé l'éruption solaire majeure du 30 septembre 2024. Crédit : ESA & NASA/Solar Orbiter/Équipe EUI
Lorsque l'EUI a commencé à observer la région à 23h06 heure universelle (UT), environ 40 minutes avant le pic d'activité éruptive, un « filament » sombre en forme d'arche de champs magnétiques torsadés et de plasma était déjà présent, connecté à une structure en forme de croix de lignes de champ magnétique devenant progressivement plus brillantes.
En zoomant sur cette caractéristique, on constate que de nouveaux filaments de champ magnétique apparaissent à chaque image, soit toutes les deux secondes ou moins. Chaque filament est contenu magnétiquement et ils s'entrelacent comme des cordes.
Puis, comme lors d'une avalanche classique, la région devient instable. Les câbles entrelacés se rompent et se reconnectent, déclenchant rapidement une cascade de déstabilisations. Il en résulte des reconnexions de plus en plus fortes et des flux d'énergie, visibles sur les images par une augmentation soudaine et progressive de la luminosité.
La sonde Solar Orbiter a observé que, juste avant une éruption solaire, les champs magnétiques torsadés se rompent puis se reconnectent, créant un flux d'énergie qui se déverse ensuite à travers l'atmosphère solaire sous forme de rubans. Crédit : ESA & NASA/Solar Orbiter/Équipe EUI
« Ces minutes précédant l'éruption sont cruciales, et Solar Orbiter nous a offert une fenêtre ouverte sur le pied de l'éruption, là où ce processus d'avalanche a débuté », explique Pradeep. « Nous avons été surpris de constater à quel point cette importante éruption est alimentée par une série de reconnexions magnétiques de moindre ampleur qui se propagent rapidement dans l'espace et le temps. »
Les scientifiques avaient déjà proposé un modèle d'avalanche simple pour expliquer le comportement collectif de centaines de milliers d'éruptions solaires et d'autres étoiles, mais on ignorait si une seule grande éruption pouvait être décrite par une avalanche. Ce résultat démontre précisément cela : une éruption n'est pas nécessairement une seule éruption cohérente, mais peut être une cascade d'événements de reconnexion interagissant.
Pluie de taches de plasma
Pour la première fois, et grâce aux mesures simultanées des instruments SPICE et STIX de Solar Orbiter, l'équipe de Pradeep a pu explorer avec une résolution extrêmement élevée comment la série rapide d'événements de reconnexion dépose de l'énergie dans la partie la plus externe de l'atmosphère solaire.
Évolution de l'émission de rayons X lors de l'éruption solaire de classe M7.7 enregistrée en haute résolution par Solar Orbiter le 30 septembre 2024. Les contours colorés délimitent les régions sources de rayons X détectées par le spectromètre/télescope à rayons X (STIX) de la mission, aux niveaux de mesure indiqués dans la légende. Ces images sont superposées à celles enregistrées par l'imageur ultraviolet extrême (EUI) de la mission. Crédit : ESA et NASA/Solar Orbiter/Équipes EUI et STIX
Lors de l'éruption du 30 septembre, l'émission dans le domaine ultraviolet et des rayons X augmentait déjà lentement lorsque SPICE et STIX ont commencé à observer la région. L' émission de rayons X a connu une hausse si spectaculaire pendant l'éruption elle-même — à mesure que les événements de reconnexion magnétique s'intensifiaient — que les particules ont été accélérées à des vitesses de 40 à 50 % de la vitesse de la lumière, soit environ 431 à 540 millions de km/h. De plus, les observations ont montré que l'énergie était transférée du champ magnétique au plasma environnant lors de ces événements de reconnexion.
« Nous avons observé des structures rubanées se déplacer extrêmement rapidement à travers l'atmosphère solaire, avant même le pic principal de l'éruption », explique Pradeep. « Ces flux de "pluie de plasma" sont la signature d'un dépôt d'énergie qui s'intensifie à mesure que l'éruption progresse. Même après la fin de l'éruption, cette pluie de plasma persiste un certain temps. C'est la première fois que nous observons ce phénomène avec une telle précision spatiale et temporelle dans la couronne solaire. »
Après la phase principale de l'éruption, la forme en croix initiale des lignes de champ magnétique se dissipe sur les images EUI, tandis que STIX et SPICE observent un refroidissement du plasma et une diminution des émissions de particules vers des niveaux « normaux ». Simultanément, PHI observe l'empreinte de l'éruption [NS1] sur la surface visible du Soleil, complétant ainsi l'image tridimensionnelle de l'événement.
L'instrument PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager) de la sonde Solar Orbiter a observé avec une précision impressionnante l'empreinte à grande échelle de l'éruption solaire sur la surface visible du Soleil (photosphère), complétant ainsi l'image tridimensionnelle de l'événement. Crédit : ESA & NASA/Solar Orbiter/Équipe PHI
« Il s'agit de l'un des résultats les plus passionnants obtenus à ce jour par Solar Orbiter », déclare Miho Janvier, co-responsable scientifique du projet Solar Orbiter à l'ESA. « Les observations de Solar Orbiter révèlent le mécanisme central d'une éruption solaire et soulignent le rôle crucial d'un mécanisme de libération d'énergie magnétique en avalanche. Il serait intéressant de savoir si ce mécanisme se produit lors de toutes les éruptions solaires, et sur d'autres étoiles éruptives. »
« Ces observations passionnantes, capturées avec une précision incroyable et presque instant par instant, nous ont permis de voir comment une séquence de petits événements s'est transformée en gigantesques explosions d'énergie », explique David Pontin, de l'Université de Newcastle, en Australie, co-auteur de l'article.
Il ajoute : « En comparant les observations EUI avec les observations du champ magnétique, nous avons pu reconstituer la chaîne d’événements qui a conduit à l’éruption. Nos observations remettent en question les théories existantes sur la libération d’énergie lors des éruptions et, combinées à d’autres observations, nous permettront d’affiner ces théories afin d’améliorer notre compréhension. »
Détails de la publication : Une avalanche magnétique comme moteur principal d'une éruption solaire, Astronomy and Astrophysics (2026). DOI : 10.1051/0004-6361/202557253, www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202557253
Par l'Agence spatiale européenne.
Édité par Gaby Clark, revu par Robert Egan
Fourni par l'Agence spatiale européenne
