Le rôle de la reconnexion magnétique dans l'évolution des tubes de flux des éruptions solaires

The role of magnetic reconnection in the evolution of solar eruptive Flux ropes

• Auteur / Autrice : Chen Xing
• Direction : Guillaume Aulanier, Xin Cheng, Mingde Ding
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance le 27/11/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres en cotutelle avec Nanjing University (Chine)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des plasmas (Palaiseau, Essonne ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)
• Jury : Président / Présidente : Jingxiu Wang
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Aulanier, Xin Cheng, Mingde Ding, Karine Bocchialini, Chaowei Jiang, Patrick Hennebelle, Pengfei Chen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Bocchialini, Chaowei Jiang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Reconnexion magnétique

Éruptions solaires

Mots clés libres

Éjections de masse coronale

Flashs des éruptions

Reconnexion magnétique

Coronal mass ejections

Flares

Magnetic reconnection

Résumé

Les éjections de masse coronale (CME) sont des éruptions impulsives de plasmas dans la couronne solaire. Leur interaction avec la magnétosphère de la Terre peut induire des conditions extrêmes de la météorologie de l’espace, avec un impact important sur les activités humaines liées aux technologies de pointe. Une compréhension approfondie de l'évolution des CMEs et de leurs progéniteurs est extrêmement importante pour prédire les éruptions de CMEs et les phénomènes de météorologie de l'espace qui en découlent. Dans cette thèse, à l'aide de simulations numériques et d'observations spatiales, nous étudions la cinématique, les propriétés thermiques et l'évolution du champ magnétique des tubes de flux dans les progéniteurs de CMEs et les CMEs elles-mêmes, avec en particulier le rôle spécifique de la reconnexion magnétique. Nous avons découvert que l'initiation des CMEs avant leur éruption impulsive est un processus couplé à plusieurs processus physiques. Nous avons montré que l'initiation des CMEs est d'abord déclenchée et pilotée par la reconnexion dans des tubes de flux hyperboliques, puis par le couplage de l'instabilité de tore et de cette même. Nous avons aussi montré que les cœurs chauds avant l'éjection impulsive sont formés par les lignes de champ des tubes de flux torsadés chauds, ces dernières étant progressivement formées et chauffées par la reconnexion glissante, dans des feuillets de courant minces entourant le tube de flux. Nous avons également étudié l'évolution du flux magnétique dans les CMEs, et avons trouvé que le tube torsadé pré-éruptif lui-même, plutôt que la reconnexion magnétique pendant l'éruption, est très probablement le principal contributeur au flux toroïdal de la CME. Plus spécifiquement, la reconnexion magnétique augmente d'abord, puis diminue le flux toroïdal des tubes de flux de la CME pendant l'éruption. En outre, nous avons étudié deux nouveaux phénomènes observationnels liés aux CMEs and flashs des éruptions dans la basse atmosphère solaire, notamment des manifestations de la croissance et de la déformation des tubes de flux des CMEs et de leurs progéniteurs, induites par la reconnexion magnétique. Enfin, nous avons proposé deux méthodes pour l'identification des points d’ancrage des tubes de flux associés aux CMEs, qui seront d'une grande utilité pour des futurs travaux visant à étudier leurs évolutions dans la couronne solaire et dans l'espace interplanétaire.

Coronal mass ejections (CMEs) are impulsive eruptions of plasmas in the solar corona. Their interaction with the Earth's magnetosphere can induce extreme space weather conditions, with a major impact on human activities related to advanced technologies. A thorough understanding of the evolution of CMEs and their progenitors is extremely important for predicting CME eruptions and their related space weather. In this thesis, using numerical simulations and space observations, we study the kinematics, thermal properties and magnetic field evolution of flux ropes in CME progenitors and CMEs, and especially, the specific role of magnetic reconnection. We have discovered that the initiation of CMEs before their impulsive rise is a multiple-physics coupled-process. We have shown that the initiation of CMEs is first triggered and driven by the reconnection in hyperbolic flux tubes, and then driven by the coupling of torus instability and reconnection. We have also shown that the hot channel before the impulsive ejection is built up by hot flux rope field lines, the latter of which are progressively formed and heated by slipping reconnection in thin current sheets surrounding the flux rope. We also studied the evolution of magnetic flux in CMEs, and found that the pre-eruptive flux rope, rather than the magnetic reconnection during the eruption, is most likely the main contributor to the toroidal flux of the CME. More specifically, the magnetic reconnection first increases and then decreases the toroidal flux of the CME flux rope during the eruption. In addition, we studied two new observational phenomena related to CMEs and flares in the solar lower atmosphere, which are manifestations of the growth and deformation of flux ropes in CME progenitors and CMEs induced by magnetic reconnection. Finally, we have proposed two methods for identifying the footpoints of flux ropes associated with CMEs, which will be very useful for future work aimed at studying their evolution in the solar corona and interplanetary space.