L'OVRO-LWA cartographie la densité électronique dans la couronne solaire

Des chercheurs ont réussi à cartographier la densité électronique de la couronne solaire en utilisant des observations radio basse fréquence, comblant ainsi une lacune de longue date dans notre compréhension de l'atmosphère extérieure du Soleil. En utilisant le Long Wavelength Array de l'Owens Valley Radio Observatory (OVRO-LWA), une équipe dirigée par les chercheurs Bin Chen, Shaheda Begum Shaik et Gregg Hallinan a mis au point une méthode plus robuste pour mesurer la densité du plasma entre 1,7 et 3,5 rayons solaires. Cette découverte, détaillée dans leur étude « Estimating Electron Densities in the Middle Solar Corona using White-light and Radio Observations », valide les modèles théoriques et offre un nouvel outil à faible latence pour prédire les événements de météo spatiale pouvant impacter l'infrastructure technologique de la Terre.

Qu'est-ce que l'OVRO-LWA et quel est son rôle dans les observations radio solaires ?

L'OVRO-LWA est un interféromètre radio basse fréquence situé en Californie, composé de 352 antennes fonctionnant entre 13 et 87 MHz pour capturer des images haute résolution de la couronne solaire. Il sert d'imageur plein ciel dédié au Soleil, offrant la plage dynamique élevée nécessaire pour surveiller la couronne moyenne à la recherche de sursauts radio, de phénomènes transitoires et de l'évolution des densités de plasma en temps quasi réel.

Les observations radio solaires ont traditionnellement été difficiles à capturer avec la précision nécessaire à la modélisation de la densité, mais l'envergure de 2,4 kilomètres de l'OVRO-LWA lui permet de fonctionner comme une puissante « lentille radio ». Contrairement aux télescopes traditionnels, ce réseau produit des images prêtes pour l'analyse scientifique avec une latence incroyablement faible. Cette capacité est vitale pour les chercheurs qui doivent observer la couronne solaire lors de conditions changeant rapidement, comme le début d'une éruption solaire ou l'éjection d'un nuage de plasma vers la Terre. En se concentrant sur la plage de 15 à 87 MHz, le réseau cible les altitudes exactes où le vent solaire commence son accélération primaire.

L'Owens Valley Radio Observatory a conçu ce système pour surmonter les limites des radiotélescopes à antenne unique. En combinant les signaux de centaines d'antennes, le réseau peut distinguer différents types d'émissions radio, tels que le rayonnement gyrosynchrotron et les sursauts de plasma. Ce niveau de détail permet aux scientifiques de construire une compréhension tridimensionnelle de la couronne moyenne, une région souvent qualifiée de « no man's land » de la physique solaire car elle se situe entre les zones les mieux couvertes par les imageurs dans l'extrême ultraviolet et les coronographes spatiaux.

Comment les observations radio peuvent-elles améliorer les estimations de la densité électronique dans la couronne solaire ?

Les observations radio améliorent les estimations de densité en détectant les émissions d'électrons non thermiques qui sont hautement sensibles aux conditions locales du plasma dans la couronne solaire moyenne. Ces mesures à basse fréquence fournissent une validation indépendante des données en lumière blanche, permettant aux scientifiques de contourner les hypothèses simplificatrices et les inversions mathématiques complexes typiquement requises par les coronographes optiques pour estimer les volumes d'électrons.

Historiquement, la communauté scientifique s'est appuyée sur la coronographie en lumière blanche, qui mesure la lumière solaire diffusée par les électrons dans l'atmosphère du Soleil. Cependant, la conversion de ces mesures de lumière en cartes de densité électronique précises nécessite de supposer une géométrie spécifique pour l'atmosphère solaire, ce qui peut introduire des erreurs significatives. La recherche de Shaheda Begum Shaik et de ses collègues démontre que l'interférométrie radio fournit une « vérité terrain » qui correspond à ces résultats optiques tout en offrant une sonde plus directe des structures de densité de la couronne moyenne (1,7–3,5 $R_\odot$).

La méthodologie de l'équipe a consisté à comparer les données de l'OVRO-LWA avec les prédictions théoriques existantes et les résultats des coronographes traditionnels. Leurs conclusions ont abouti à un nouveau modèle de densité hautement précis pour la couronne moyenne, exprimé par la formule :

• ρ(r') = 1,27r'⁻² + 29,02r'⁻⁴ + 71,18r'⁻⁶
• Où r' représente la distance héliocentrique en rayons solaires.

Ce cadre mathématique permet une modélisation plus précise du mouvement des particules à travers la couronne solaire, offrant une image plus claire de l'environnement où naît le vent solaire.

Comment les éjections de masse coronale affectent-elles les densités électroniques dans la couronne solaire ?

Les éjections de masse coronale (EMC) augmentent considérablement les densités électroniques dans la couronne solaire en injectant des quantités massives de particules non thermiques et de plasma dans l'héliosphère. Ces événements créent d'intenses sursauts radio et des émissions gyrosynchrotrons que les réseaux basse fréquence comme l'OVRO-LWA peuvent suivre pour surveiller la propagation et la vitesse de l'EMC lors de son voyage vers l'extérieur.

Les éjections de masse coronale figurent parmi les événements les plus énergétiques de notre système solaire, capables de perturber les satellites et les réseaux électriques sur Terre. Lorsqu'une EMC se produit, elle traverse la couronne moyenne, créant un sillage de densité électronique accrue. La capacité de l'OVRO-LWA à détecter ces pics de densité dans la plage de 1,7 à 3,5 $R_\odot$ est critique pour la prévision de la météo spatiale. Comme les ondes radio voyagent à la vitesse de la lumière, elles fournissent l'alerte la plus précoce possible sur les caractéristiques d'une EMC, bien avant que le nuage de plasma lui-même n'atteigne les capteurs terrestres.

L'impact de ces changements de densité est actuellement visible dans les modèles d'activité de météo spatiale. Par exemple, des données récentes indiquent un indice Kp de 5, signifiant une tempête géomagnétique modérée (G1). Cette activité, générée par les fluctuations du vent solaire et de la densité coronale, a rendu les aurores visibles dans plusieurs régions nordiques :

• Fairbanks, Alaska (États-Unis)
• Reykjavik, Islande
• Tromsø, Norvège
• Stockholm, Suède
• Helsinki, Finlande

En comprenant la densité de la couronne solaire à travers laquelle ces tempêtes voyagent, les scientifiques peuvent mieux prédire l'heure d'arrivée et l'intensité de tels affichages auroraux et des potentielles perturbations technologiques.

Implications pour la météo spatiale et les recherches futures

Le développement d'un modèle de densité fiable utilisant les données de l'Owens Valley Radio Observatory marque une étape importante en héliophysique. Des cartes précises de la couronne solaire ne sont pas seulement académiques ; elles sont essentielles pour la sécurité de notre monde numérique. Lorsque nous pouvons mesurer précisément la densité électronique sur la trajectoire d'une tempête solaire, nous pouvons calculer la « traînée » ou l'accélération que la tempête subira, ce qui conduit à des prédictions d'heure d'arrivée beaucoup plus précises pour les EMC.

De plus, la nature à fort impact de cette recherche se reflète dans la dépendance croissante envers les réseaux radio dédiés au Soleil. L'étude de Bin Chen et de son équipe prouve que la radioastronomie peut fournir le « chaînon manquant » de la surveillance solaire. Alors que l'OVRO-LWA continue de fournir des données prêtes pour l'analyse scientifique avec une faible latence, il deviendra probablement une pierre angulaire des systèmes mondiaux d'alerte de météo spatiale, travaillant aux côtés des missions satellites de la NASA et de l'ESA pour offrir une vue multi-longueurs d'onde de notre étoile.

À l'avenir, les chercheurs visent à étendre ces estimations de densité à des distances héliocentriques encore plus grandes. En affinant les algorithmes d'imagerie de l'OVRO-LWA, ils espèrent suivre l'évolution de la couronne solaire sur un cycle solaire complet. Cette surveillance à long terme aidera les scientifiques à comprendre comment le profil de densité du Soleil change lorsqu'il passe du minimum solaire au maximum solaire, révélant finalement les mécanismes cachés derrière le flux constant du vent solaire.

Conseils d'observation pour l'actuelle tempête solaire G1

Pour ceux qui s'intéressent aux effets réels des changements de densité coronale, l'actuelle tempête modérée (G1) offre une excellente occasion d'observer les aurores boréales. Les experts en météo spatiale recommandent de trouver un endroit éloigné des lumières de la ville entre 22h00 et 2h00 du matin, heure locale. Regardez vers l'horizon nord, particulièrement dans les villes de haute latitude comme Fairbanks ou Reykjavik, où l'aurore peut apparaître au zénith en raison du niveau d'intensité Kp 5. Vérifiez toujours les prévisions météorologiques locales pour vous assurer d'un ciel dégagé afin de garantir la meilleure visibilité possible de ce phénomène solaire.