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Les limites du modèle standard du Soleil

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L'instrument GOLF, Global Oscillations at Low Frequency, embarqué à bord du satellite SoHO, et réalisé par une équipe franco-espagnole, est dédié à la sismologie solaire. Cette année, il vient de démontrer et de quantifier les limites du modèle standard du Soleil. Ces résultats, obtenus par des chercheurs du CEA, font l'objet d'une publication en ligne sur le site de Physical Review Letters.

Le Soleil vu par le satellite SOHO Crédit : SOHO/ESA/NASA

Le modèle standard du Soleil repose sur des équations expliquant les grandes étapes de l'évolution des étoiles (rôle de la gravité, des réactions nucléaires, du transfert d'énergie...), mais il se heurte à certaines limitations, liées à la non prise en compte de phénomènes dynamiques1.

Pour les comprendre, plusieurs équipes d'astrophysiciens, dont celle du Dapnia2 du CEA, ont développé des techniques de sismologies pour sonder le Soleil. L'instrument GOLF et l'instrument américain MDI, à bord de SoHO, ont pu mesurer très précisément les ondes acoustiques qui se propagent jusqu'au cœur de notre étoile. Grâce à des méthodes d'analyse empruntées aux sismologues, ces ondes ont révélé à distance, les caractéristiques internes du Soleil par les profils de la vitesse du son et de la rotation obtenus depuis la surface jusqu'aux couches les plus internes.

Le modèle standard du Soleil se révèle incapable de reproduire ces mesures sismiques et ne prédit pas non plus le flux exact de neutrinos émis3 par le cœur du Soleil. Les chercheurs du CEA ont utilisé le profil de la vitesse du son mesuré par SoHO pour estimer le flux de neutrinos émis et l'ont comparé aux mesures des différents détecteurs de neutrinos solaires, dont celui de l'observatoire SNO (Sudbury Neutrino Observatory) au Canada. Cet observatoire comptabilise les neutrinos les plus énergiques émis par le Soleil, de plusieurs manières. L'accord entre ces deux sondes SoHO et SNO est remarquable, alors que les prédictions du modèle standard se révèlent moins bonnes pour le profil de la vitesse du son et le flux de neutrinos SNO. Ce résultat s'ajoute à ceux obtenus en 2003 sur le profil de rotation interne, inexplicable avec le modèle standard.

Cette avancée ouvre des perspectives nouvelles pour tester la physique au-delà du modèle standard d'évolution stellaire. Seules la prise en compte de l'existence de champs magnétiques à l'intérieur du soleil et une meilleure compréhension du transfert d'énergie du cœur à la surface pourront réconcilier observations et modèles.

Il s'agit, pour les chercheurs, de mieux comprendre la formation du système solaire, l'activité interne du soleil, mais aussi les phases dynamiques de bien d'autres étoiles.

notes :

1 Ce modèle, appliqué aux étoiles, n'explique pas le freinage de la rotation des étoiles jeunes, l'activité du Soleil, l'abondance de surface de certains éléments ou la production de vents qui dispersent la matière dans le milieu environnant.
2 Département d'astrophysique, de physique des particules, de physique nucléaire et de l'instrumentation associée (Dapnia) de la Direction des sciences de la matière du CEA.
3 Les neutrinos sont des particules émises par les réactions nucléaires qui ont lieu à l'intérieur du Soleil.

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