L'impact de petits événements brillants UV-EUV sur le chauffage coronal du Soleil calme : analyse de données de Solar Orbiter et simulations hydrodynamiques de boucles magnétiques

The impact of small UV-EUV brightenings on the quiet Sun coronal heating: Solar Orbiter data analysis and hydrodynamics simulations of magnetic loops

• Auteur / Autrice : Antoine Dolliou
• Direction : Karine Bocchialini
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Astrophysique Spatiale
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Physique Solaire et Stellaire
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Physique solaire

Chauffage coronal à petites échelles

Imagerie et spectroscopie UV-EUV

Solar Orbiter

Simulations hydrodynamiques

Observations multi-instrumentales

Solar Physics

Coronal heating at small scales

UV-EUV Imaging and spectroscopy

Solar Orbiter

Hydrodynamics simulations

Multi-instrumental observations

Résumé

Le soleil, comme toutes les autres étoiles, ont la propriété étonnante de posséder une couronne, c'est-à-dire une atmosphère de l'ordre de la centaine de fois plus chaude que la surface, et où le plasma est modelé par le champs magnétique. L'analyse de la dernière génération de données à haute résolution, ainsi que leur comparaison avec les prédictions des modèles numériques, semblent cohérents avec la théorie du chauffage par de petits événements impulsifs (appelés 'nanoflares') se produisant aux petites échelles. Leur durée de vie, intensité et fréquence de répétition impliquent des propriétés de plasma différentes associées à des signatures observationnelles différentes. Cette théorie du chauffage impulsif a été pour la première fois proposée par Parker en 1988, alors que des microflares avaient été détectés plus tôt dans l'année. Les libérations d'énergie a petites échelles pourraient être la conséquence d'interactions entre des boucles magnétiques élémentaires dans la couronne solaire. Les recherches théoriques ont résulté en des méthodes et des prédictions qui suggèrent que les observations actuelles n'ont pas résolues de nanoflare élémentaire. La mission Solar Orbiter (NASA-ESA), lancée en février 2020, a la particularité unique d'approcher le Soleil à un tiers de la distance Terre-Soleil. Elle embarque un ensemble d'instruments dont un imageur qui, pour la première fois, a capturé la couronne solaire à la plus haute résolution spatiale jamais atteinte (jusqu'à 200 km dans la couronne). L'IAS est responsable du Full Sun UV Imager (appelé EUI/FSI), et des opérations du spectromètre UV appelé SPICE. Les premières images haute résolution de EUI/HRI 174 prises en Mai 2020 a montré de nombreux petits embrillancements ('campfires') dans une région de soleil calme sur la couronne solaire, ce qui rappelle la théorie des 'nanoflares'. L'objectif de cette thèse sera d'étudier ces événements, afin de comprendre leur rôle dans le chauffage coronal. Le travail inclura la caractérisation de leurs propriétés physiques (densité, température), leur temps de vie, leur propriétés statistiques, ainsi que leur bilan énergétique. Nous utiliserons des analyses des imageurs et du spectromètre de Solar Orbiter, et éventuellement d'autres observatoires (UV et hard X-ray) afin de compléter les mesures. De prochaines observations optimisées sont programmées pour la phase nominale de l'instrument, qui débutera en 2021.

The Sun and most other stars have the striking common property of having a corona, i.e an upper atmosphere that can be more than a hundred times hotter than the surface of the star and whose plasma dynamics is dominated by the magnetic field. The analysis of the last generation of high resolution data and their comparison with what theoretical models predict, seem to converge towards the scenario of the impulsive heating (called nanoflares) happening over small scales. Their different durations, intensity and frequency of repetition result in different plasma properties which have different observational counterparts. The theoretical scenario has been proposed by Parker in 1988, while microflares had already been detected in hard X-rays earlier years. Small scale energy releases could be induced by interactions of neighboring magnetic elemental loops in the corona. Theoretical developments then have provided relevant diagnostics and prediction suggesting also that current observations may not have resolved the elemental nanoflare event. The Solar Orbiter mission (ESA-NASA), launched in February 2020, has a unique profile of approaching the Sun down to about one third of the Sun-Earth distance. It carries a suite of instruments which, among others, for the first time will image the solar corona at the highest spatial resolution (down to 200 km in the corona). The IAS is responsible for the full Sun UV imager (called EUI/FSI) and responsible for the operations of the UV spectrometer called SPICE. The first high resolution images of the EUI/HRI 174 band instrument taken in June 2020 has shown the quiet Sun corona to be filled by tiny brightening (‘campfires') lasting few tens of seconds (Fig 1.), recalling the nanoflares scenario. The object of this thesis will be the investigation of such events with the aim of understand their role in the heating of the solar corona. The work will include the characterization of their physical properties (density, temperature), lifetime timescales, statistical properties, energy budget. The work will involve the analysis of UV imaging and spectroscopy data from Solar Orbiter and possibly from other observatories (UV and hard X-ray) to provide complementary information. New optimized observations will be planned during the nominal mission phase starting in 2021.