L’origine du cycle solaire enfin comprise

L’origine du cycle solaire enfin comprise
NASA/SDO

Le Soleil passe par un pic d’activité tous les 11 ans. Des chercheurs ont mis en évidence la dynamique interne à l’étoile à l’origine de ce cycle.

Le Soleil oscille entre des périodes de forte et de faible activité, qui influent notamment sur le nombre de taches à sa surface et son rayonnement. Au plus fort de son activité, tous les 11 ans environ, les éruptions solaires plus fréquentes et énergétiques peuvent perturber les systèmes de télécommunication et de distribution d’électricité sur Terre. Il est donc important de bien comprendre la dynamique du Soleil et les mécanismes en jeu à l’origine de ses cycles. Ces derniers sont intimement liés au champ magnétique de l’astre qui inverse sa polarité suivant une périodicité d’environ 11 ans. Ce phénomène cyclique a aussi été observé pour d’autres étoiles présentant les mêmes caractéristiques que le Soleil et appartenant donc à la même classe. Cependant, la durée des cycles de ces astres varie entre un an et plusieurs dizaines d’années. Il était difficile de comprendre ces différences. Et, de surcroît, certains astrophysiciens se demandaient si le Soleil était vraiment représentatif de sa classe stellaire. Pour clarifier la situation, Antoine Strugarek, du CEA Paris-Saclay et de l’université de Montréal, et ses collègues ont développé des simulations numériques qui rendent compte de la dynamique interne du Soleil et explique son cycle de 11 ans.

Le champ magnétique d’une étoile est engendré par le mouvement de convection turbulente du plasma extrêmement chaud (le gaz ionisé) au coeur de l’astre. Dans un modèle stellaire tridimensionnel, l’équipe d’Antoine Strugarek a reproduit les processus magnétohydrodynamiques qui créent les écoulements de plasma et les champs magnétiques à l’intérieur des étoiles. Dans la simulation, comme dans une vraie étoile, ces phénomènes influent l’un sur l’autre, par des rétroactions essentielles pour reproduire le plus fidèlement possible le comportement de l’astre.

Les chercheurs ont simulé des étoiles d’âge et de masse comparables au Soleil mais présentant des périodes de rotation comprises entre 14 et 29 jours et une luminosité proche de celle du Soleil. La luminosité caractérise la quantité d’énergie produite au cœur de l’étoile et transportée par radiation du cœur jusqu’à environ 70% du rayon de l’astre puis par convection, sur les 30% restant, jusqu’à la surface. Les chercheurs ont ainsi montré que la durée des cycles stellaires dépend de ces deux facteurs : elle diminue quand la période de rotation ou la luminosité croît. Ces deux facteurs peuvent être combinés et représentés par un unique paramètre, le nombre de Rossby. Celui-ci caractérise l’influence de la rotation de l’étoile sur le système, il correspond au rapport des forces d’inertie et de Coriolis. Les chercheurs ont montré que la durée du cycle est inversement proportionnelle au nombre de Rossby.

Grâce aux simulations, les chercheurs ont compris comment le champ magnétique altère la vitesse d’écoulement à grande échelle du plasma en rotation. Ces variations ont une amplitude faible, de l’ordre de 1 %, mais elles suffisent pour provoquer l’inversion du champ magnétique.

Les chercheurs ont comparé leurs résultats numériques avec les données d’une vingtaine d’étoiles de type solaire. La durée du cycle de ces étoiles semble suivre la même formule que celle déduite des simulations. Néanmoins quelques écarts sont observés. Cela pourrait être dû à l’incertitude sur le calcul de la luminosité de ces étoiles, l’existence de plusieurs cycles agissant simultanément au sein d’un même astre et le fait que la dimension de la profondeur de la zone de convection de ces étoiles est mal connue. En utilisant des données plus précises et en affinant leurs simulations, les chercheurs espèrent encore mieux comprendre le phénomène de cycle stellaire. Mais cette étude semble d’ores et déjà confirmer que le Soleil est bien une étoile de type… solaire !

 

Sean Bailly

Source : pourlascience.fr

 

 

Salima Tamani
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