Crédit d'image: NASA
Les astronomes pensent que le Soleil crée et détruit l’antimatière dans le cadre de son processus naturel de réaction de fusion, mais de nouvelles observations provenant de l’engin spatial RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) ont apporté de nouvelles informations sur le processus. L'antimatière se forme dans les éruptions solaires lorsque des particules se déplaçant rapidement accélérées par l'éruption sont brisées en particules se déplaçant plus lentement dans l'atmosphère du soleil (suffisamment d'antimatière est créée dans une seule fusée pour alimenter les États-Unis pendant deux ans). Étonnamment, l’antimatière n’est pas immédiatement détruite; au lieu de cela, il est transporté par la fusée éclairante dans une autre région du Soleil avant d'être détruit.
Le meilleur regard à ce jour sur la façon dont une explosion solaire devient une usine d'antimatière a donné un aperçu inattendu du fonctionnement de ces formidables explosions. L'observation peut bouleverser les théories sur la façon dont les explosions, appelées éruptions solaires, créent et détruisent l'antimatière. Il a également donné des détails surprenants sur la façon dont ils font exploser les particules subatomiques à presque la vitesse de la lumière.
Les éruptions solaires sont parmi les explosions les plus puissantes du système solaire; le plus grand peut libérer autant d'énergie qu'un milliard de bombes nucléaires d'une mégatonne. Une équipe de chercheurs a utilisé le vaisseau spatial Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) de la NASA pour prendre des photos d'une éruption solaire le 23 juillet 2002, en utilisant les rayons X à haute énergie et le rayonnement gamma de la fusée.
"Nous prenons des photos de fusées éclairantes dans une couleur entièrement nouvelle, invisible à l'œil humain, donc nous nous attendons à des surprises, et RHESSI nous en a déjà donné quelques-uns", a déclaré le Dr Robert Lin, membre du corps professoral du Département de physique à l'Université de Californie, Berkeley, qui est le chercheur principal pour RHESSI.
Les rayons gamma et les rayons X sont les formes de lumière les plus énergétiques, avec une particule de lumière gamma au sommet de l'échelle transportant des millions à des milliards de fois plus d'énergie qu'une particule de lumière visible. Les résultats font partie d'une série d'articles sur l'observation RHESSI qui seront publiés dans Astrophysical Journal Letters le 1er octobre.
L'antimatière anéantit la matière normale dans une explosion d'énergie, inspirant les écrivains de science-fiction à l'utiliser comme une source extrêmement puissante pour propulser les vaisseaux spatiaux. La technologie actuelle ne crée que des quantités infimes, généralement dans des machines de plusieurs kilomètres utilisées pour briser les atomes ensemble, mais les scientifiques ont découvert que la fusée éclairante de juillet 2002 a créé un demi-kilo (environ une livre) d'antimatière, assez pour alimenter l'ensemble des États-Unis pendant deux jours. Selon les images et les données RHESSI, cette antimatière n'a pas été détruite là où elle était attendue.
L'antimatière est souvent appelée «image miroir» de la matière ordinaire, car pour chaque type de particule de matière ordinaire, une particule d'antimatière peut être créée qui est identique, sauf pour une charge électrique opposée ou d'autres propriétés fondamentales.
L'antimatière est rare dans l'univers actuel. Cependant, il peut être créé lors de collisions à grande vitesse entre des particules de matière ordinaire, lorsqu'une partie de l'énergie de la collision entre dans la production d'antimatière. L'antimatière est créée dans les fusées éclairantes lorsque les particules à mouvement rapide accélérées pendant la fusée éclairante entrent en collision avec des particules plus lentes dans l'atmosphère du Soleil.
Selon la théorie des éruptions, ces collisions se produisent dans des régions relativement denses de l'atmosphère solaire, car de nombreuses collisions sont nécessaires pour produire des quantités importantes d'antimatière. Les scientifiques s'attendaient à ce que l'antimatière soit annihilée près des mêmes endroits, car il y a tellement de particules de matière ordinaire dans lesquelles se heurter. "L'antimatière ne devrait pas aller loin", a déclaré le Dr Gerald Share du Naval Research Laboratory, Washington, D.C., auteur principal d'un article sur les observations de RHESSI sur la destruction de l'antimatière lors de la fusée éclairante du 23 juillet.
Cependant, dans une version cosmique du jeu de coquille, il semble que cette fusée ait pu mélanger l'antimatière, la produisant à un endroit et la détruisant à un autre. RHESSI a permis l'analyse la plus détaillée à ce jour des rayons gamma émis lorsque l'antimatière annihile la matière ordinaire dans l'atmosphère solaire. L’analyse indique que l’antimatière de la fusée pourrait avoir été détruite dans des régions où les températures élevées ont rendu la densité des particules 1 000 fois inférieure à celle où l’antimatière aurait dû être créée.
Alternativement, il n'y a peut-être pas de «jeu de coquille» du tout, et les fusées éclairantes sont capables de créer des quantités importantes d'antimatière dans les régions moins denses, ou les fusées éclairantes peuvent en quelque sorte être capables de maintenir des régions denses malgré des températures élevées, ou l'antimatière a été créée courir "à grande vitesse, et la création à grande vitesse a donné l'apparence d'une région à haute température, selon l'équipe.
Les éruptions solaires sont également capables de projeter des particules chargées électriquement dans l'atmosphère du soleil (électrons et ions) à presque la vitesse de la lumière (environ 186 000 miles par seconde ou 300 000 km / sec.). La nouvelle observation RHESSI a révélé que les éruptions solaires trient en quelque sorte les particules, soit par leur masse, soit par leur charge électrique, alors qu'elles les propulsent à des vitesses ultra élevées.
"Cette découverte est une révolution dans notre compréhension des éruptions solaires", a déclaré le Dr Gordon Hurford de l'Université de Californie, Berkeley, qui est l'auteur principal de l'un des quinze articles sur cette recherche.
L'atmosphère solaire est un gaz de particules chargées électriquement (électrons et ions). Étant donné que ces particules ressentent des forces magnétiques, elles sont contraintes de circuler le long des champs magnétiques qui imprègnent l'atmosphère du Soleil. On pense que les éruptions solaires se produisent lorsque les champs magnétiques dans l’atmosphère du Soleil se tordent et s’enclenchent soudainement dans une nouvelle configuration, comme une bande élastique se brisant lorsqu’elle est trop tendue. C'est ce qu'on appelle la reconnexion magnétique.
Auparavant, les scientifiques pensaient que les particules dans l'atmosphère solaire étaient accélérées lorsqu'elles étaient entraînées avec le champ magnétique alors qu'il prenait une nouvelle forme, comme une pierre dans une fronde. Cependant, si c'était aussi simple, toutes les particules seraient tirées dans la même direction. Les nouvelles observations de RHESSI montrent que ce n'est pas le cas; les particules plus lourdes (ions) se retrouvent dans un endroit différent que les particules plus légères (électrons).
«Le résultat est aussi surprenant que des mineurs d'or qui explosent une falaise et découvrent que l'explosion a jeté toute la saleté dans une direction et tout l'or dans une autre direction», a déclaré le Dr Craig DeForest, chercheur en énergie solaire au South West Research Inst. Boulder, Colo.
Le moyen par lequel les torches trient les particules en masse est inconnu; il existe de nombreux mécanismes possibles, selon l'équipe. Alternativement, les particules pourraient être triées selon leur charge électrique, car les ions sont chargés positivement et les électrons chargés négativement. Si tel est le cas, un champ électrique devrait être généré dans la torche, car les particules se déplacent dans des directions différentes dans un champ électrique en fonction de leur charge. Dans les deux cas, la reconnexion magnétique fournit toujours l'énergie, mais le processus d'accélération est plus complexe.
L'indice qui a informé les scientifiques de ce comportement surprenant était l'observation RHESSI que les rayons gamma de la fusée éclairante du 23 juillet n'étaient pas émis aux mêmes endroits qui ont émis les rayons X, comme le prédit la théorie. Selon les théories de l'éruption solaire, les électrons et les ions sont accélérés à grande vitesse pendant l'éruption et dégradent les structures magnétiques en forme d'arc. Les électrons pénètrent dans l'atmosphère solaire plus dense près des deux pieds des arches, émettant des rayons X lorsqu'ils y rencontrent des protons électriquement chargés qui les dévient. Les rayons gamma devraient être émis à partir des mêmes endroits lorsque les ions à haute vitesse se brisent également dans ces régions.
Bien que RHESSI ait observé deux régions émettrices de rayons X au niveau des pieds, comme prévu, il n'a détecté qu'une lueur diffuse de rayons gamma centrée à un endroit différent à environ 15000 kilomètres (environ 9300 miles) au sud des sites de rayons X.
"Chaque nouvelle découverte montre que nous commençons à peine à comprendre ce qui se passe dans ces explosions gigantesques", a déclaré le Dr Brian Dennis du Goddard Space Flight Center de la NASA, Greenbelt, Md., Qui est le scientifique de mission pour RHESSI. RHESSI a été lancé le 5 février 2002 avec l'Université de Californie à Berkeley, responsable de la plupart des aspects de la mission, et la NASA Goddard, responsable de la gestion du programme et de la supervision technique.
Source: Communiqué de presse de la NASA
