31 juillet 2017
Le cœur solaire tourne en une semaine
Les modes de gravité révèlent une rotation rapide du cœur thermonucléaire du Soleil

En analysant plus de 16 ans de données recueillies par l'instrument GOLF à bord du satelite SOHO, une collaboration internationale incluant deux checheurs du Département d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA–IRFU vient d’apporter la preuve d’une rotation rapide du centre du Soleil. Pour la première fois, les chercheurs ont pu indirectement determiner les propriétés des ondes de gravité solaires, des oscillations affectant les couches les plus internes de l'étoile. Ils ont pu montrer ainsi que le cœur du Soleil tourne en moyenne en un peu plus de 7 jours, soit environ 4 fois plus vite que sa surface. Cette rotation rapide pourrait avoir été héritée des premiers moments de formation du Soleil. Ces résultats sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics.

 

Un cœur en rotation rapide

Deux types d'ondes se propagent dans le Soleil. Les ondes acoustiques sont engendrées par les fluctuations de pression induites par la granulation de surface. Les ondes de gravité sont régies par la poussée d’Archimède. Les modes de gravité sont porteurs des propriétés physiques des couches solaires les plus profondes mais ont cependant une amplitude très faible à la surface du Soleil. Leur détection a été longuement discutée au cours de ces 20 dernières années et, jusqu'à présent, uniquement des indications encore ambigues de leur existence avaient pu être fournies.

 

Les différentes types d'oscillations du Soleil. A gauche, les ondes de gravité affectent principalement le coeur solaire. A droite, les ondes acoustiques sont engendrées par des fluctuations proches de la surface du Soleil.

Aujourd’hui, les chercheurs ont pu confirmer la détection de leur signature en regardant « ailleurs et autrement ». La signature des modes de gravité a été trouvée non pas directement par la détection de leur signal de surface mais dans la modulation du temps de parcours (environ 4 h 7 minutes) mis par les ondes acoustiques pour effectuer l’aller-retour le long du diamètre solaire en passant par son centre. Grâce aux mesures obtenues en continu par l'instrument GOLF pendant plus de 16 années, le taux de rotation moyen du cœur thermonucléaire du Soleil a ainsi été mesuré avec précision. Il tourne sur lui-même en une semaine, soit 3.8 fois plus vite que la rotation moyenne des couches externes du Soleil qui est de 27 jours (variant de 25 jours à l'équateur à 35 jours aux pôles. Cette mesure vient confirmer une estimation obtenue en 2007 qui évaluait que le coeur tournait entre 3 et 5 fois plus vite. Ces résultats apportent de nouvelles contraintes sur les modèles d'évolution des étoiles et sur le transport du moment angulaire depuis les premiers stades de la formation du Soleil et du système solaire. Cette rotation rapide est très probablement issue des premiers moments de formation du Soleil.

 

Le succès inégalé de l’instrument GOLF

L’instrument spatial GOLF (Global Oscillations at Low Frequencies) lancé en 1995 à bord du satellite SoHO (Solar and Heliospheric Observatory) est une expérience d'héliosismologie franco-espagnole qui mesure les modes d'oscillations du Soleil en observant l'étoile globalement. Ce spectromètre à résonance mesure la vitesse Doppler entre le satellite et le Soleil dans la raie d'absorption du sodium. Cet instrument a pour objectif de tester les modèles théoriques du Soleil en y introduisant des phénomènes dynamiques. Les mesures collectées par GOLF depuis plus de 20 ans à ce jour constituent une base de données unique et inégalée pour l’étude de l’intérieur du Soleil mais aussi de son magnétisme. Avec la prolongation récente de la mission, les chercheurs ont l’espoir d’obtenir 22 ans de données correspondant à l’observation continue du Soleil pendant 2 cycles solaires complets. Ce succès est le fruit de l’engagement financier constant de l’agence spatiale européenne ESA, américaine NASA, et française CNES.

 

Le satellite SoHO (NASA/ESA) d'observation du Soleil (à gauche). A bord du satellite, l'instrument GOLF pour la mesure des oscillations solaires (à droite) .

Contacts : David Salabert, Sylvaine Turck-Chièze

Publication :
Asymptotic g modes: Evidence for a rapid rotation of the solar core”,
Fossat, E., Boumier, P., Corbard, T., Provost, J., Salabert, D., Schmider, F.X., Gabriel, A.H., Grec, G., Renaud, C., Robillot, J.M., Roca-Cortés, T., Turck-Chièze, S., Ulrich, R.K.
publié dans Astronomy & Astrophysics, Volume XX

Voir : le communiqué de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) (1 Aout 2017, en anglais)
         le communiqué de l'Observatoire de la Côte d'Azur (1 Aout 2017)
        le communiqué de l'Université de Californie de Los Angeles (UCLA) (1 Aout 2017)

Voir également : - Les oscillations du Soleil se reflètent sur la planète Neptune (16 février 2017)
                         - Au coeur du Soleil (05 mai 2014)
                         - Battements de coeur solaires (4 mai 2007)
                        - À l'écoute du Soleil: Qu'est ce que l'héliosismologie ?
                         - POURQUOI LA SISMOLOGIE ?
                         - Les actualités du Laboratoire LDEE


Rédaction : D. Salabert, J.M. Bonnet-Bidaud

 

Maj : 04/08/2017 (4089)

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