Le rôle des fluctuations aléatoires de densité dans la génération des sursauts radio solaires de type III

On the role of the random density fluctuations in the generation of the type III solar radio bursts

• Auteur / Autrice : Anna Tkachenko
• Direction : Vladimir Krasnosselskikh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Univers
• Date : Soutenance le 28/05/2021
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'espace (Orléans ; 2012-...)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Dudok De Wit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vladimir Krasnosselskikh, Thierry Dudok De Wit, Yuriy Voitenko, Gaetano Zimbardo, Matthieu Kretzschmar, Milan Maksimovic, Stuart Bale
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yuriy Voitenko, Gaetano Zimbardo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluctuations (physique)

Interactions ondes électromagnétiques-plasma

Faisceaux électroniques

Vents solaires

Rayonnement radioélectrique solaire

Mots clés libres

Fluctuations de densité

Électrons énergétiques

Density fluctuations

Energetic electrons

Résumé

Les sursauts radio solaires de type III font partie des émissions radio les plus intenses du système solaire et sont produites par un processus en plusieurs étapes, qui comprend la génération d'ondes de Langmuir par un faisceau d'électrons et leur conversion en émission électromagnétique fondamentale ou harmonique. Les fluctuations aléatoires de densité du vent solaire jouent un rôle important à chaque étape de ce processus et nous essayons de le couvrir de la manière la plus complète. Nous commençons par la théorie de l'interaction faisceau-plasma, montrant que les fluctuations de densité modifient fortement cette interaction. Le modèle probabiliste récent permet d'obtenir des prédictions bien confirmées par observations. Après avoir examiné les mécanismes suggérés pour expliquer la génération de l’émission fondamentale de type III on a conclu que la conversion de mode linéaire provenant de la réflexion de l'onde de Langmuir par les inhomogénéités peut être un processus dominant. La génération d'une émission harmonique nécessite la présence de sondes de Langmuir se déplaçant vers l'avant et vers l'arrière, donc les réflexions par des inhomogénéités sont cruciales. Nous révisons le mécanisme fonctionnant dans un plasma quasi homogène et suggérons un autre mécanisme qui opère au voisinage immédiat du point de réflexion. Nous comparons l'efficacité de la conversion des ondes de Langmuir en émission harmonique et les diagrammes de rayonnement pour les deux mécanismes. Enfin, nous analysons les fluctuations de densité, mesurées à l'intérieur des régions sources des sursauts radio de type III par la sonde spatiale Parker Solar Probe et étudions leurs propriétés statistiques.

Type III solar radio bursts are among the most intense radio emissions in the solar system and are produced via multi-stage process, that includes generation of Langmuir waves by an energetic electron beam and their further conversion into electromagnetic emission at fundamental frequency or its harmonic. Ubiquitous random density fluctuations in solar wind play an important role on each stage of this process and we attempt to cover this role in the most complete manner. We start with the theory of beam-plasma interaction,showing that density fluctuations alter the interaction of the electron beam and plasma waves. We emphasize that recent probabilistic model of beam-plasma interaction allows to obtain predictions that arewell confirmed by the observations. After we consider in detail the mechanisms suggested to explain a subsequent generation of a fundamental type III emission and show that the linear mode conversion thatoccurs during the reflection of Langmuir wave from density inhomogeneities may be a prevailing process.The generation of a harmonic emission requires the presence of the forwards and backwards moving Langmuir waves, thus the reflections from inhomogeneities are crucial. We revise the mechanism operatingin a quasi homogeneous plasma and suggest another mechanism which operates in the close vicinity of the reflection point. We evaluate and compare the efficiency of Langmuir wave conversion into harmonicemission and radiation patterns for both mechanisms. And finally, we analyze the density fluctuations, measured inside the source regions of the type III radio bursts by a Parker Solar Probe spacecraft and investigate their statistical properties.