Image de l’atmosphère solaire montrant une éjection de masse coronale. Crédit : NASA/SDO
En 1998, la revue La nature publié une lettre marquante concluant que le mystérieux signal de polarisation qui avait été récemment découvert dans la lumière émise par les atomes de sodium de l’atmosphère solaire implique que la chromosphère solaire (une couche très importante de l’atmosphère solaire) est pratiquement non magnétisée, en contradiction flagrante avec la sagesse commune. Ce paradoxe a motivé des expériences de laboratoire et des investigations théoriques qui, au lieu d’apporter une solution, ont soulevé de nouvelles questions et ont même conduit certains scientifiques à remettre en cause la théorie quantique de l’interaction rayonnement-matière.
Dans un article publié et souligné le 18 août 2021 par le prestigieux Lettres d’examen physique, Ernest Alsina Ballester (IRSOL et IAC), Luca Belluzzi (IRSOL) et Javier Trujillo Bueno (IAC) montrent la solution à un paradoxe aussi intrigant, qui a intrigué les physiciens solaires au cours des dernières décennies. Cette recherche ouvre une nouvelle fenêtre pour explorer les champs magnétiques insaisissables de la chromosphère solaire dans la nouvelle ère actuelle des télescopes solaires à grande ouverture.
Il y a vingt-cinq ans, un signal énigmatique a été découvert tout en analysant la polarisation de la lumière solaire avec un nouvel instrument, le Zurich Imaging Polarimeter (ZIMPOL). Ce mystérieux signal de polarisation linéaire apparaît à la longueur d’onde de 5896 Å de la raie D1 du sodium neutre où, selon les nombres quantiques de la raie, aucune polarisation linéaire due aux processus de diffusion ne devrait être présente. Ce signal de polarisation était donc totalement inattendu, et son interprétation a immédiatement ouvert un intense débat scientifique. Le mystère s’est encore accru deux ans plus tard, lorsque la revue Nature a publié une lettre avec une explication, qui exigeait que le les sous-niveaux du niveau inférieur de la ligne D1 ne sont pas également peuplés. Dans ce travail théorique, le signal de polarisation énigmatique de la raie D1 a été remarquablement bien reproduit. Cependant, l’explication proposée impliquait que la région de l’atmosphère solaire connue sous le nom de chromosphère est complètement non magnétisée, en contradiction apparente avec les résultats établis, qui indiquent plutôt que les régions calmes (en dehors des taches solaires) de la chromosphère solaire sont imprégnées de champs magnétiques dans le gamme de gauss. Cela a ouvert un sérieux paradoxe, qui a interpellé les physiciens solaires pendant de nombreuses années, et a même conduit certains scientifiques à remettre en question la théorie quantique de atome-interactions photoniques.
Une première percée vers la résolution du paradoxe a été réalisée en 2013 à l’IAC, lorsque Luca Belluzzi et Javier Trujillo Bueno ont théoriquement découvert un nouveau mécanisme par lequel une polarisation linéaire peut être produite dans la raie D1 du sodium sans avoir besoin de déséquilibres de population dans le bas niveau de la ligne D1. Cependant, cette étape importante donnée par ces chercheurs était pour le cas idéalisé d’un modèle d’atmosphère solaire sans champs magnétiques.
Variation avec la longueur d’onde de la polarisation linéaire (Q/I) de la lumière solaire à travers les raies spectrales du sodium solaire D1 et D2 (panneau de gauche) et à travers D1 (panneau de droite). Les courbes noires indiquent les signaux observés (les mesures ont été réalisées à l’IRSOL avec l’instrument ZIMPOL). Les courbes rouge et bleue montrent les résultats de calculs théoriques effectués en négligeant (rouge) et en incluant (bleu) les champs magnétiques. Un excellent accord entre l’observation et la modélisation théorique est obtenu en supposant que les régions calmes (en dehors des taches solaires) de la chromosphère solaire sont imprégnées par un champ magnétique de 15 gauss. Crédit : IRSOL – IAC
Dans un article publié le 18 août 2021 par Lettres d’examen physique, la prestigieuse revue scientifique de l’American Physical Society, Ernest Alsina Ballester, Luca Belluzzi et Javier Trujillo Bueno montrent la solution à cet intrigant paradoxe, qui intrigue les physiciens solaires depuis 1998. Comme le montre la figure 1, cette équipe de chercheurs a été capable de reproduire les observations énigmatiques de la polarisation de la raie D1, en présence de champs magnétiques de l’ordre de Gauss. Pour arriver à ce résultat, il a été nécessaire de réaliser la modélisation théorique la plus complète jamais tentée de ce signal de polarisation, prenant en compte l’action conjointe de mécanismes physiques très complexes. Cela a nécessité trois ans de travail, réalisé grâce à une étroite coopération entre l’Istituto Ricerche Solari (IRSOL) de Locarno-Monti (affilié à l’Università della Svizzera italiana) et le groupe POLMAG de l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) à Tenerife.
Ce résultat a des conséquences très importantes. Les signaux de polarisation linéaire, comme celui observé dans la raie D1 du sodium, sont extrêmement intéressants car ils codent des informations uniques sur les champs magnétiques insaisissables présents dans la chromosphère solaire. Cette couche d’interface clé de l’atmosphère solaire, située entre la photosphère plus froide sous-jacente et la couronne sus-jacente à un million de degrés, est au cœur de plusieurs problèmes persistants en physique solaire, notamment la compréhension et la prédiction des phénomènes éruptifs qui peuvent avoir un impact important sur notre technologie. -société dépendante. Le champ magnétique est connu pour être le principal moteur de la activité dynamique spectaculaire de la chromosphère solaire, mais notre connaissance empirique de son intensité et de sa géométrie est encore largement insatisfaisante. La solution du paradoxe de longue date de la polarisation des raies solaires D1 prouve la validité de la théorie quantique actuelle de la polarisation des raies spectrales et ouvre une nouvelle fenêtre pour explorer le magnétisme de l’atmosphère solaire dans la nouvelle ère actuelle de l’énergie solaire à grande ouverture. télescopes.
Référence : « Solving the Paradox of the Solar Sodium D1 Line Polarization » par Ernest Alsina Ballester, Luca Belluzzi et Javier Trujillo Bueno, 18 août 2021, Lettres d’examen physique.
DOI : 10.1103/PhysRevLett.127.081101
Cette recherche a reçu un financement du Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS) via la subvention 200021-175997 et du Conseil européen de la recherche (ERC) dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne (Advanced Grant agreement n°742265).
