Des physiciens résolvent le mystère de l’émission de rayons X par les comètes Physique, exploration spatiale

Un groupe de physiciens expérimentaux dirigé par l’Université d’Oxford, au Royaume-Uni, a résolu le mystère de longue date de l’émission de rayons X par les comètes.

Le 19 octobre 2014, la comète Siding Spring a fait une rencontre remarquablement proche avec Mars, frôlant la planète à seulement un tiers de la distance Terre-Lune. Crédit image : Centre de vol spatial Goddard de la NASA.

Lorsque les comètes traversent le système solaire, elles interagissent avec le rayonnement solaire, le vent solaire et le champ magnétique solaire. Cette interaction produit une atmosphère visible autour de la comète et la queue cométaire observée, et dans certains cas, produit des rayons X.

Ces rayons X sont générés sur la face de la comète tournée vers le soleil, là où le vent solaire frappe l’atmosphère cométaire en formant un choc d’arc.

Pour étudier comment les rayons X peuvent être émis par une comète, la physicienne d’Oxford Alexandra Rigby et ses collègues ont réalisé des expériences au centre laser LULI de l’École Polytechnique de Paris, en France, où ils ont reproduit l’interaction du vent solaire avec une comète.

“Nos résultats expérimentaux sont importants car ils fournissent une preuve directe en laboratoire que les objets se déplaçant dans des plasmas magnétisés peuvent être des sites d’accélération d’électrons – une situation très générale en astrophysique qui se produit non seulement dans les comètes, mais aussi dans les magnétosphères planétaires, comme notre propre Terre, ou même dans les restes de supernova, où la matière éjectée se déplace à travers le gaz interstellaire”, a déclaré le professeur Bob Bingham, du Rutherford Appleton Laboratory et de l’Université de Strathclyde.

“En tant que théoricien, je trouve incroyable qu’il soit possible de reproduire raisonnablement des phénomènes astrophysiques en laboratoire, afin de tester notre compréhension physique de ce que fait la nature”, a déclaré le Dr Raoul Trines, du Rutherford Appleton Laboratory.

Pour les expériences, les physiciens ont tiré des faisceaux laser sur une feuille de plastique, qui a explosé, provoquant l’expulsion d’un flux d’électrons et d’ions, formant un flux à grande vitesse de gaz ionisé (plasma) comme le vent solaire.

Ce “flux de plasma” a ensuite frappé une sphère solide, la “comète” de laboratoire, placée à près d’un centimètre de la feuille de plastique, comme lorsqu’une vraie comète traverse le système solaire.

On a découvert que les électrons sont chauffés à environ un million de degrés dans le plasma ascendant par la turbulence du plasma. Ces électrons chauds sont responsables de l’émission de rayons X, mais uniquement en présence d’un champ magnétique.

Cette recherche jette également la lumière sur un mystère des rayons cosmiques connu sous le nom de problème d’injection.

“Il est largement reconnu que de fortes ondes de choc devraient accélérer les particules à de très hautes énergies, cependant, elles nécessitent une source de particules suffisamment rapide pour traverser le choc, le problème d’injection. Chaque fois que les particules traversent le choc, elles gagnent de l’énergie”, ont déclaré les scientifiques.

“Nos expériences démontrent clairement que la turbulence du plasma peut fournir une source de particules rapides permettant de surmonter le problème de l’injection.”

Les résultats apparaissent dans la revue Nature Physics.