Les physiciens du NJIT élucident le mécanisme d'émission des rayons gamma lors des éruptions solaires intenses

Des chercheurs spécialisés dans l'étude du Soleil, affiliés au Centre de recherche sur le Soleil et la Terre du New Jersey Institute of Technology (NJIT-CSTR), viennent de réaliser une avancée majeure dans la compréhension des phénomènes les plus violents se produisant sur notre étoile. Ils ont réussi à identifier de manière définitive l'origine des puissants rayonnements gamma émis lors des éruptions solaires les plus fortes. Cette découverte, qui fait l'objet d'une publication dans la prestigieuse revue Nature Astronomy, apporte une solution à une énigme scientifique de longue date concernant les signaux anormaux de radiation observés durant de tels événements.

L'étude s'est concentrée sur une éruption solaire de classe X8.2, survenue le 10 septembre 2017. Grâce à une analyse méticuleuse des données, les scientifiques ont pu localiser dans la couronne solaire, précisément dans ce que l'on nomme la Région d'Intérêt 3 (ROI 3), un amas contenant des milliers de milliards de particules. Ces particules atteignent des énergies considérables, se chiffrant en millions d'électronvolts (MeV). Il est important de noter que ces particules se déplacent à des vitesses proches de celle de la lumière, possédant une énergie des centaines, voire des milliers de fois supérieure à celle des particules habituellement libérées lors des éruptions solaires classiques.

Le mécanisme clé responsable de la production de ces rayons gamma a été clairement établi par les chercheurs : il s'agit du rayonnement de freinage, ou bremsstrahlung. Ce phénomène se produit lorsque ces électrons de très haute énergie entrent en collision avec la matière constituant l'atmosphère solaire. Ce travail collaboratif a mobilisé des experts de premier plan, notamment le professeur de physique Gregory Fleishman, auteur principal de l'étude, ainsi que Bin Chen, Directeur de l'EOVSA, qui a co-signé la recherche.

Pour obtenir des résultats d'une telle précision, une synergie remarquable entre plusieurs instruments a été nécessaire. Les données proviennent du télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA, qui a permis de suivre la dynamique temporelle de l'émission gamma. Simultanément, l'interféromètre radio terrestre du NJIT, le Expanded Owens Valley Solar Array (EOVSA), a fourni des images en micro-ondes, lesquelles sont particulièrement sensibles à la présence d'électrons accélérés. Cette combinaison d'observations a été déterminante pour isoler la source du rayonnement.

Cette percée vient confirmer les théories suggérant que le Soleil est capable d'accélérer efficacement des particules chargées à des niveaux d'énergie extrêmes, grâce à la libération de l'énergie magnétique accumulée. Selon Gregory Fleishman, cette réussite scientifique devrait considérablement affiner les modèles actuels décrivant l'activité solaire, améliorant ainsi la prévisibilité de la météorologie spatiale. L'importance de cette amélioration est soulignée par des événements récents, comme la tempête géomagnétique majeure observée en mai 2024, liée à la région active NOAA 13664.

La prochaine étape cruciale pour l'équipe de recherche consiste à différencier, au sein de ces populations de particules extrêmes, les électrons des positrons. Afin de mener à bien cette distinction, une modernisation de l'EOVSA est prévue, donnant naissance à la configuration EOVSA-15, dont l'achèvement est anticipé pour 2026. Cette nouvelle capacité permettra d'effectuer des mesures de la polarisation du rayonnement micro-ondes, offrant ainsi une réponse définitive sur la nature exacte de ces particules de haute énergie. Il est à noter que la contrainte d'observation continue, imposée par la rotation solaire de 28 jours, a été partiellement contournée en 2024 grâce aux données recueillies par la sonde Solar Orbiter de l'ESA lors de l'observation de NOAA 13664.