Lorsque l’on parle de pluies solaires, elles ne sont évidemment pas composées d’eau (la surface du Soleil et sa couronne étant bien trop chaudes pour que l’eau puisse y exister), mais de « pluies de feu ». Des filaments de plasma très denses, refroidis, qui chutent depuis la couronne solaire pour retomber vers le bas de son atmosphère. « Pluies coronales » est le terme scientifique le plus exact pour caractériser ce phénomène, connu depuis les années 1970.

Si l’on observait bien ces condensations de plasma se former et s’écouler, la raison exacte de leur déclenchement restait une énigme pour les astrophysiciens. Comment une matière portée à plus d’un million de degrés parvient-elle à se refroidir au point de former des pluies de plasma, visibles parfois lors des éruptions solaires ? Le 1ᵉʳ octobre, des chercheurs de l’American Astronomical Society ont publié une étude dans la revue The Astrophysical Journal, expliquant enfin la cause physique de ces « averses » un peu particulières.

Le Soleil : un brasier avec ses nuages et ses pluies

Sur la Terre, ce sont les nuages, composés de vapeur d’eau, qui provoquent les pluies. Sur le Soleil, le phénomène est similaire, mais leur composition est tout autre. Ce sont des nuages de plasma (principalement de l’hydrogène et de l’hélium ionisés). Ces amas, portés à des millions de degrés dans la couronne solaire, se refroidissent brusquement (aux alentours de 50 000 kelvins), se condensent, avant de retomber vers le bas de l’atmosphère, le long des lignes du champ magnétique.

Malgré les nombreuses observations satellitaires du Soleil et d’innombrables modèles informatiques, personne ne parvenait à comprendre le mécanisme exact à l’origine de ce refroidissement.

Ces chercheurs ont découvert que les éléments à faible FIP (First Ionization Potential : énergie minimale requise pour ioniser un atome une première fois), comme le fer, le silicium ou le magnésium, s’accumulent dans certaines zones tandis que d’autres s’en échappent, modifiant, en certains endroits, la quantité d’énergie que le plasma parvient à évacuer par rayonnement. Ces déséquilibres chimiques créent des régions dans lesquelles le plasma se refroidit plus vite qu’ailleurs : c’est ici que se forment les pluies coronales.

Pour comprendre cette dynamique, Luke Fushimi Benavitz et Jeffrey Reep, deux co-auteurs de cette étude, ont développé une nouvelle version du modèle servant à étudier l’hydrodynamique solaire : HYDRAD. Cet outil sert principalement à simuler les mouvements de plasma lorsqu’il se déplace le long des boucles magnétiques du Soleil.

Cette modification a nécessité d’intégrer à ce modèle une nouvelle variable : le comportement spatio-temporel des éléments qui composent le plasma, afin de simuler plus fidèlement la physique complexe du Soleil.

Cela leur a permis de visualiser le déroulement complet de ce phénomène. Dans leurs simulations, les zones enrichies en éléments à faible FIP provoquent une baisse de pression, qui attire le plasma environnant. Ce flux de matière accentue encore le refroidissement de ces zones, déjà prêtes à se refroidir, jusqu’à ce que se déclenche la condensation du plasma au sommet des boucles magnétiques.

Une fois formées, ces poches de plasma dense et froid n’ont plus assez d’énergie pour rester en suspension. Guidées par les lignes du champ magnétique, elles chutent alors vers les couches inférieures du Soleil, dessinant ces filaments lumineux observés lors des éruptions : les fameuses pluies coronales.

« Les variations spatio-temporelles des abondances élémentaires [NDLR : la proportion des différents éléments chimiques présents dans le plasma solaire] sont essentielles pour comprendre le refroidissement du plasma dans l’atmosphère du Soleil et, comme nous l’avons montré, peuvent directement provoquer la formation de pluie coronale », notent les auteurs. Les anciens modèles avaient, sans le vouloir, invisibilisé la composition du plasma, ce qui nous avait conduit à simplifier à l’excès la physique de notre étoile. L’ajout de ce facteur dans nos simulations pourrait améliorer la prédiction des pics d’activité solaire, et nous aider à mieux comprendre les conditions physiques qui déclenchent les éruptions solaires. Les plus violentes peuvent, dans certains cas, provoquer d’importants dommages sur nos systèmes électriques et nos satellites, d’où l’importance de mieux anticiper ces épisodes.

  • Des chercheurs ont découvert que les « pluies solaires » proviennent de zones du Soleil où la composition chimique du plasma varie, provoquant un refroidissement soudain du gaz ionisé.
  • En modifiant un modèle de simulation, ils ont montré que l’accumulation d’éléments comme le fer ou le magnésium déclenche la condensation du plasma et la formation de ces averses de matière.
  • Cette avancée permet de mieux comprendre les mécanismes internes du Soleil et pourrait améliorer la prévision des épisodes d’activité solaire les plus intenses.

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