Une tempête solaire connaît une « super-expansion » en route vers la Terre et intrigue les physiciens

Le Soleil libère en permanence d'immenses quantités d'énergie qui se propagent dans toutes les directions. Il arrive que certaines éruptions soient si puissantes qu'elles donnent naissance à d'énormes nuages magnétiques composés de plasma brûlant. Dans certains cas, ces structures se dirigent directement vers la Terre.

Récemment, une équipe de chercheurs de l'Université de l'Iowa a décrit un phénomène inédit observé lors d'une éjection de masse coronale (EMC), au cours de laquelle ce nuage magnétique s'est dilaté de manière inhabituelle pendant son trajet vers notre planète.

L'étude porte sur une tempête solaire survenue en novembre 2021, qui a projeté dans l'espace un nuage en forme de croissant. Cette structure magnétique s'est déplacée à grande vitesse, emprisonnant du plasma magnétisé dans son cœur au fil de sa progression dans l'espace.

Plus étonnant encore, la température du gaz contenu dans la structure a été multipliée par trois, sans modification de la pression magnétique interne. Un comportement inhabituel qui remet en question les modèles jusque-là utilisés pour décrire ce type de phénomène.

Un voyage depuis le Soleil

Cette analyse détaillée a été rendue possible grâce à une configuration exceptionnelle : les sondes spatiales Solar Orbiter et Wind étaient presque parfaitement alignées sur la trajectoire de l'éjection de masse coronale, alors que celle-ci se dirigeait rapidement vers elles.

Cet alignement a permis de mesurer avec précision l'évolution du gaz. Les scientifiques ont constaté que le front de propagation est entré en collision avec le vent solaire environnant, provoquant dans un premier temps une compression temporaire de la structure magnétique.

Bien que cette phase de compression n'ait duré que très peu de temps, l'interaction avec le vent solaire a entraîné un réchauffement de l'ensemble de l'intérieur de la bulle, générant d'importantes forces internes qui ont repoussé ses limites extérieures et provoqué son expansion rapide.

En accumulant de la chaleur, la bulle s'est dilatée jusqu'à atteindre une vitesse d'expansion de 192 km/h. Une valeur particulièrement remarquable, sachant qu'une éjection de masse coronale classique ne s'étend généralement qu'à des vitesses comprises entre 50 et 100 km/h.

Rayonnement et simulations

Pour mieux comprendre les mécanismes à l'origine de cette accélération, les chercheurs ont eu recours à des modèles tridimensionnels interactifs. Grâce à une simulation magnétohydrodynamique, ils ont pu visualiser les vitesses de propagation de l'éjection sur différents plans orbitaux du vent solaire.

Ces simulations ont montré comment le plasma piégé interagit avec les champs magnétiques environnants lorsqu'il rencontre des obstacles naturels sur sa trajectoire. Le modèle numérique a notamment mis en évidence une forte courbure de la structure, confirmant que celle-ci est entrée en collision avec son environnement avant d'être remodelée par différentes rafales du vent solaire.

Les chercheurs concluent que cette super-expansion résulte de l'action combinée de la traînée cinématique exercée par le vent solaire et d'une puissante redistribution de la quantité de mouvement au sein de la structure. Les conditions particulières rencontrées au cours du trajet ont également provoqué une diminution inhabituelle de la décroissance radiale, un comportement qui ne correspond pas aux modèles actuels de la physique spatiale.

Ces résultats apportent aussi de nouveaux éléments sur les échanges de chaleur responsables du gonflement rapide de cette bulle magnétique. Ils montrent à quel point le rayonnement solaire peut profondément modifier la stabilité de ces structures au cours de leur propagation dans le milieu interplanétaire.

Une menace potentielle pour la Terre

Mieux comprendre les mécanismes d'expansion de ces éjections de masse coronale est essentiel pour améliorer les prévisions de la météo spatiale. En effet, ces nuages de plasma magnétisé peuvent entrer en collision avec la magnétosphère terrestre et provoquer des perturbations susceptibles d'affecter les infrastructures de télécommunications.

Si une tempête solaire particulièrement intense frappait aujourd'hui la Terre, les particules chargées qu'elle transporterait pourraient perturber les satellites en orbite, endommager les communications par satellite et altérer le fonctionnement des systèmes mondiaux de navigation et de géolocalisation.

Par ailleurs, l'arrivée de ce plasma turbulent pourrait induire de puissants courants dans les réseaux électriques de certains pays, provoquant des surtensions et des pannes d'électricité susceptibles de priver des millions de personnes de courant.