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SoHO ausculte le coeur du Soleil

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Que penseraient aujourd'hui les grands pionniers de la structure interne des étoiles qu'étaient Eddington et Chandrasekhar ? Nul doute qu'ils seraient enthousiasmés par les résultats publiés par une équipe d'astrophysiciens européens comprenant des chercheurs du Service d'Astrophysique (SAp), du CEA/DSM/DAPNIA, de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC, Espagne) et de l'Observatoire de la Côte d'Azur (Departement Cassiopée OCA-CNRS). Aprés plus de 10 années d'observation continue du Soleil, par l'instrument GOLF à bord du satellite SoHO, ils ont pu mettre en évidence des modes d'oscillations du Soleil nous donnant accès à la dynamique du cœur nucléaire de notre étoile favorite.

Dessin d'artiste représentant SoHO (Crédit : SMM (IAC)).

On reste songeur devant les performances de l'héliosismologie, la cousine de la sismologie terrestre. D'après la théorie, il doit y avoir des modes d'oscillations, analogues à ceux faisant résonner un instrument de musique, prenant naissance à l'interface turbulente des zones convectives et radiatives à l'intérieur du Soleil. Ils font partie des modes faisant vibrer celui-ci et doivent pénétrer jusqu'à l'intérieur de son cœur.

Le résultat final se traduit par des modifications de la forme de la surface du Soleil et il se produit donc des décalages spectraux mesurables par effet Doppler. En analysant ces variations dans le temps, le spectre des ondes sonores parcourant le Soleil peut en être déduit et, tout comme un son donné renseigne sur la forme et le matériau de construction d'un instrument de musique, les astrophysiciens peuvent déterminer ce qui se passe dans les entrailles des étoiles par ce moyen.

Dessin d'artiste montrant certains des modes d'oscillations de la surface du Soleil (Crédit : SMM (IAC)).

Le signal cherché depuis longtemps, bien qu'assez bien défini pour ses harmoniques, est d'amplitude très faible. Il n'est donc pas facile de l'extraire du bruit de fond des autres modes du Soleil. Toutefois, il est caractérisé par le fait que, pour des périodes supérieures à 6 heures, ses harmoniques sont équidistantes en temps. Ainsi, en combinant la puissance venant d'une vingtaine d'entre elles, le signal apparaît clairement en cumulant dix années d'observation.

Mouvements périodiques détectés par l'instrument GOLF. Le signal réel mesuré (GOLF) est comparé à celui déduit d'un modèle solaire (MODEL). La probabilité que ce signal soit fortuit est inférieure à 0,5%. La largeur du signal est caractéristique des propriétés des modes de gravité dans le domaine de période considéré qui va de 2 à 11 heures (Crédit : SAp).

En l'analysant et en résolvant ce qu'on appelle un problème inverse, celui-ci indique que le cœur de notre étoile tournerait plus rapidement que les couches supérieures à l'intérieur du Soleil. Au final cela nous donne :

- une meilleure estimation du champ magnétique solaire interne et indirectement une meilleure compréhension des mécanismes à l'origine du champ du Soleil  interagissant avec son environnement proche et, en particulier, avec le champ magnétique de la Terre.
- des contraintes sur les modèles de la formation du système solaire et des étoiles dotées de systèmes planétaires. En effet, il y a gros à parier que la rotation rapide du coeur solaire est un vestige de l'époque de la formation de notre étoile, avant que les couches supérieures n'aient ralenti sous l'effet du mécanisme de freinage ayant dissipé le moment cinétique initial de la nébuleuse protosolaire.

Dessin d'artiste montrant l'intérieur du Soleil, en violet son coeur (Crédit : SMM (IAC)).
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