Des chercheurs ont proposé une nouvelle solution à un mystère qui intrigue le monde de la physique depuis des décennies : comment les éruptions solaires, les sursauts gamma et les aurores boréales se déclenchent-ils si rapidement ?
C’est une question importante, car les éruptions solaires peuvent interrompre les communications sur Terre et les sursauts gamma peuvent nous anéantir sans avertissement. Et maintenant, les scientifiques pensent qu’ils pourraient enfin avoir une réponse.
Nous savons déjà que tous ces phénomènes à haute énergie se produisent grâce à un phénomène appelé reconnexion magnétique, qui se produit lorsque des lignes de champ magnétique se rencontrent, se séparent et se reconnectent de manière explosive.
Mais jusqu’à présent, les physiciens n’ont pas réussi à comprendre comment cela peut se produire aussi rapidement.
Vous pouvez voir ci-dessous une démonstration de la reconnexion magnétique :
Les lignes de champ magnétique que vous pouvez voir en rouge et en bleu ci-dessus sont intégrées dans le plasma – le gaz chaud et chargé qui constitue 99 % de l’Univers visible.
Selon nos connaissances actuelles, le processus de reconnexion magnétique a lieu dans de fines couches de plasma, où le courant électrique est fortement concentré.
Jusqu’ici, tout va bien. Le problème est que nous avons observé que la reconnexion magnétique se produit beaucoup plus rapidement que ce que nous pouvons expliquer. Selon nos connaissances actuelles, ces couches de plasma peuvent être très allongées, ce qui signifie qu’elles devraient ralentir la reconnexion magnétique.
Une équipe de chercheurs de l’université de Princeton a formulé une hypothèse détaillée sur la manière dont cette reconnexion rapide peut fonctionner, sans enfreindre les lois de la physique.
Si cette hypothèse s’avère exacte, elle pourrait nous aider à mieux prévoir les tempêtes spatiales, expliquer certains des comportements magnétiques étranges que nous observons dans l’Univers, et même nous aider à contenir plus efficacement les réacteurs à fusion nucléaire.
La nouvelle hypothèse est basée sur ce qu’on appelle l’instabilité plasmoïde.
Selon l’instabilité plasmoïde, ces feuilles de plasma fines et allongées se décomposent en petits îlots magnétiques appelés plasmoïdes, ce qui signifie que les lignes de champ magnétique peuvent se déplacer aussi vite qu’elles le doivent.
L’instabilité plasmoïde a déjà été suggérée comme une explication de la rapidité de la reconnexion magnétique, mais jusqu’à présent, personne n’avait été capable de comprendre exactement ce qu’est cette instabilité et comment elle se produit.
Aujourd’hui, pour la première fois, les chercheurs de Princeton ont rédigé une “théorie générale de l’instabilité plasmoïde “.
Leurs recherches suggèrent que les nappes de plasma commencent effectivement par une phase linéaire – qui maintient une reconnexion magnétique lente – mais qu’elles passent ensuite à une phase explosive, qui augmente considérablement la vitesse de la reconnexion magnétique.
L’équipe a pu calculer en détail la durée exacte de chacune de ces périodes, ainsi que la physique complexe qui les sous-tend, ce que vous pouvez lire dans leur article paru dans Physics of Plasma.
De manière surprenante, l’équipe a montré que l’instabilité plasmoïde n’obéit pas aux lois de puissance traditionnelles, c’est-à-dire qu’une quantité varie en fonction d’une autre.
En d’autres termes, la modification de l’instabilité plasmoïde n’a pas modifié la reconnexion magnétique de manière prévisible, ce que l’équipe ne comprend toujours pas complètement.
“Il est courant, dans tous les domaines scientifiques, de rechercher l’existence de lois de puissance”, écrit l’équipe. “En revanche, nous constatons que les relations d’échelle de l’instabilité plasmoïde ne sont pas de véritables lois de puissance – un résultat qui n’a jamais été dérivé ou prédit auparavant.”
Cette nouvelle hypothèse doit encore être testée par des équipes indépendantes avant que nous puissions affirmer avec certitude que c’est ainsi que fonctionne l’instabilité plasmoïde – ou même qu’elle est à l’origine de la reconnexion magnétique rapide.
Mais nous avons fait un pas de plus vers la compréhension du déclencheur de certains des événements les plus violents de l’Univers, et c’est plutôt cool.