Lorsque les électrons entrent en collision avec le plasma chromosphérique, ils déposent leur énergie dans le plasma, qui est alors chauffé et ionisé. Ils provoquent également un rayonnement intense dans plusieurs bandes du spectre électromagnétique. Les régions dans lesquelles l'énergie est déposée sont appelées « points de départ » des éruptions solaires, qui apparaissent normalement par paires connectées magnétiquement.
Une étude récente a cherché à tester la validité du modèle standard en comparant les résultats de simulations informatiques basées sur le modèle avec les données d'observation fournies par le télescope McMath-Pierce pendant l'éruption solaire SOL2014-09-24T17:50. L'étude s'est concentrée sur la mesure des décalages temporels entre les émissions infrarouges de deux sources chromosphériques appariées lors de l'éruption et est publiée dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
« Nous avons trouvé une différence significative entre les données d'observation du télescope et le comportement prédit par le modèle. Dans les données d'observation, les points d'ancrage appariés apparaissaient comme deux régions très brillantes de la chromosphère », a déclaré Paulo José de Aguiar Simões, premier auteur de l'article et professeur affilié au Centre de radioastronomie et d'astrophysique (CRAAM) de l'École d'ingénierie de l'Université presbytérienne Mackenzie (EE-UPM) à São Paulo, au Brésil.
« Étant donné que les électrons incidents sont sortis de la même région de la couronne et ont suivi des trajectoires similaires, les deux taches auraient dû s'éclaircir presque simultanément dans la chromosphère selon le modèle, mais les données d'observation ont montré un délai de 0,75 seconde entre elles. »
Un décalage de 0,75 seconde peut sembler insignifiant, mais les chercheurs ont calculé que le décalage maximal selon le modèle devrait être de 0,42 seconde en considérant toutes les configurations géométriques possibles. Le chiffre réel était presque 80 % plus élevé.
« Nous avons utilisé une technique statistique sophistiquée pour déduire les décalages temporels entre les paires de points d'ancrage et avons estimé les incertitudes de ces valeurs par la méthode de Monte Carlo. De plus, les résultats ont été testés par des simulations de transport d'électrons et des simulations radiatives-hydrodynamiques », a déclaré Simões.
« En déployant toutes ces ressources, nous avons pu construire différents scénarios concernant le temps de vol des électrons entre la couronne et la chromosphère et le temps de production du rayonnement infrarouge. Tous les scénarios basés sur les simulations ont montré des décalages temporels bien plus faibles que les données d'observation. »
L’un des scénarios testés concernait le piégeage en spirale et magnétique des électrons dans la couronne.
« À l’aide de simulations de transport d’électrons, nous avons exploré des scénarios impliquant une asymétrie magnétique entre les points de base des éruptions. Nous nous attendions à ce que le décalage temporel de pénétration de la chromosphère électronique soit proportionnel à la différence d’intensité du champ magnétique entre les points de base, ce qui augmenterait également la différence dans le nombre d’électrons atteignant la chromosphère en raison de l’effet de piégeage magnétique.
« Cependant, notre analyse des données d'observation des rayons X a montré que les intensités des points de base étaient très similaires, ce qui indique des quantités similaires d'électrons déposés dans ces régions et exclut cela comme la cause des décalages temporels d'émission observés », a-t-il déclaré.
Les simulations radiatives-hydrodynamiques ont également montré que les échelles de temps d’ionisation et de recombinaison dans la chromosphère étaient trop courtes pour expliquer les décalages.
« Nous avons simulé l'échelle de temps de l'émission infrarouge. Nous avons calculé le transport des électrons vers la chromosphère, le dépôt d'énergie des électrons et ses effets sur le plasma : chauffage, expansion, ionisation et recombinaison des atomes d'hydrogène et d'hélium, et rayonnement produit sur le site, qui a pour effet de libérer l'excès d'énergie », a déclaré Simões.
« Le rayonnement infrarouge est produit par l'augmentation de la densité électronique dans la chromosphère due à l'ionisation de l'hydrogène, qui est à l'origine dans un état neutre dans le plasma. Les simulations ont montré que l'ionisation et les émissions infrarouges se produisent presque instantanément en raison de la pénétration des électrons accélérés , et ne peuvent donc pas expliquer le décalage de 0,75 s entre les émissions au point de départ. »
En résumé, aucun des processus simulés selon le modèle ne s'est révélé capable d'expliquer les données d'observation. La conclusion à laquelle sont parvenus les chercheurs était en quelque sorte évidente : le modèle standard des éruptions solaires doit être reformulé, comme l'exige la méthode scientifique.
« Le décalage temporel observé entre les sources chromosphériques remet en cause le modèle standard de transport d'énergie par faisceau d'électrons. Ce délai plus long suggère que d'autres mécanismes de transport d'énergie peuvent être impliqués. Des mécanismes tels que les ondes magnétosoniques ou le transport par conduction, entre autres, pourraient être nécessaires pour expliquer le décalage observé. Ces mécanismes supplémentaires devraient être pris en compte pour parvenir à une compréhension complète des éruptions solaires », a déclaré Simões.
Plus d'informations : Paulo JA Simões et al., Chronométrage précis des sources de points de départ des éruptions solaires à partir d'observations dans l'infrarouge moyen, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI : 10.1093/mnras/stae1511
Par José Tadeu Arantes, FAPESP
Une étude récente a cherché à tester la validité du modèle standard en comparant les résultats de simulations informatiques basées sur le modèle avec les données d'observation fournies par le télescope McMath-Pierce pendant l'éruption solaire SOL2014-09-24T17:50. L'étude s'est concentrée sur la mesure des décalages temporels entre les émissions infrarouges de deux sources chromosphériques appariées lors de l'éruption et est publiée dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
« Nous avons trouvé une différence significative entre les données d'observation du télescope et le comportement prédit par le modèle. Dans les données d'observation, les points d'ancrage appariés apparaissaient comme deux régions très brillantes de la chromosphère », a déclaré Paulo José de Aguiar Simões, premier auteur de l'article et professeur affilié au Centre de radioastronomie et d'astrophysique (CRAAM) de l'École d'ingénierie de l'Université presbytérienne Mackenzie (EE-UPM) à São Paulo, au Brésil.
« Étant donné que les électrons incidents sont sortis de la même région de la couronne et ont suivi des trajectoires similaires, les deux taches auraient dû s'éclaircir presque simultanément dans la chromosphère selon le modèle, mais les données d'observation ont montré un délai de 0,75 seconde entre elles. »
Un décalage de 0,75 seconde peut sembler insignifiant, mais les chercheurs ont calculé que le décalage maximal selon le modèle devrait être de 0,42 seconde en considérant toutes les configurations géométriques possibles. Le chiffre réel était presque 80 % plus élevé.
« Nous avons utilisé une technique statistique sophistiquée pour déduire les décalages temporels entre les paires de points d'ancrage et avons estimé les incertitudes de ces valeurs par la méthode de Monte Carlo. De plus, les résultats ont été testés par des simulations de transport d'électrons et des simulations radiatives-hydrodynamiques », a déclaré Simões.
« En déployant toutes ces ressources, nous avons pu construire différents scénarios concernant le temps de vol des électrons entre la couronne et la chromosphère et le temps de production du rayonnement infrarouge. Tous les scénarios basés sur les simulations ont montré des décalages temporels bien plus faibles que les données d'observation. »
L’un des scénarios testés concernait le piégeage en spirale et magnétique des électrons dans la couronne.
« À l’aide de simulations de transport d’électrons, nous avons exploré des scénarios impliquant une asymétrie magnétique entre les points de base des éruptions. Nous nous attendions à ce que le décalage temporel de pénétration de la chromosphère électronique soit proportionnel à la différence d’intensité du champ magnétique entre les points de base, ce qui augmenterait également la différence dans le nombre d’électrons atteignant la chromosphère en raison de l’effet de piégeage magnétique.
« Cependant, notre analyse des données d'observation des rayons X a montré que les intensités des points de base étaient très similaires, ce qui indique des quantités similaires d'électrons déposés dans ces régions et exclut cela comme la cause des décalages temporels d'émission observés », a-t-il déclaré.
Les simulations radiatives-hydrodynamiques ont également montré que les échelles de temps d’ionisation et de recombinaison dans la chromosphère étaient trop courtes pour expliquer les décalages.
« Nous avons simulé l'échelle de temps de l'émission infrarouge. Nous avons calculé le transport des électrons vers la chromosphère, le dépôt d'énergie des électrons et ses effets sur le plasma : chauffage, expansion, ionisation et recombinaison des atomes d'hydrogène et d'hélium, et rayonnement produit sur le site, qui a pour effet de libérer l'excès d'énergie », a déclaré Simões.
« Le rayonnement infrarouge est produit par l'augmentation de la densité électronique dans la chromosphère due à l'ionisation de l'hydrogène, qui est à l'origine dans un état neutre dans le plasma. Les simulations ont montré que l'ionisation et les émissions infrarouges se produisent presque instantanément en raison de la pénétration des électrons accélérés , et ne peuvent donc pas expliquer le décalage de 0,75 s entre les émissions au point de départ. »
En résumé, aucun des processus simulés selon le modèle ne s'est révélé capable d'expliquer les données d'observation. La conclusion à laquelle sont parvenus les chercheurs était en quelque sorte évidente : le modèle standard des éruptions solaires doit être reformulé, comme l'exige la méthode scientifique.
« Le décalage temporel observé entre les sources chromosphériques remet en cause le modèle standard de transport d'énergie par faisceau d'électrons. Ce délai plus long suggère que d'autres mécanismes de transport d'énergie peuvent être impliqués. Des mécanismes tels que les ondes magnétosoniques ou le transport par conduction, entre autres, pourraient être nécessaires pour expliquer le décalage observé. Ces mécanismes supplémentaires devraient être pris en compte pour parvenir à une compréhension complète des éruptions solaires », a déclaré Simões.
Plus d'informations : Paulo JA Simões et al., Chronométrage précis des sources de points de départ des éruptions solaires à partir d'observations dans l'infrarouge moyen, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI : 10.1093/mnras/stae1511
Par José Tadeu Arantes, FAPESP
Fourni par la FAPESP
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