Thèse en cours

L'accélération de particules énergétiques dans les éjections de masse coronale
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Auteur / Autrice : Ahmed Houeibib
Direction : Filippo Pantellini
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Meudon, Hauts-de-Seine ; 2002-....)
établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris

Résumé

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Le soleil, en plus d'un « vent » régulier, éjecte sporadiquement des bulles de plasma d'une taille caractéristique initiale de l'ordre du rayon du Soleil. Ces énormes bulles de plasma, appelées éjections de masse coronale (CME), se propagent et se dilatent à la vitesse de plusieurs centaines de km/s et englobent rapidement de vastes régions de l'héliosphère interne avec des effets mesurables jusqu'à des distances de plusieurs dizaines d'unités astronomiques du Soleil. Les éjections de masse coronale sont souvent la conséquence d'une reconfiguration soudaine du champ magnétique coronal et sont parfois associées à un flux accru de particules énergétiques atteignant la Terre. Au niveau du sol, des gerbes de particules énergétiques sont ainsi observées environ une fois par an. Il est généralement admis que ces particules énergétiques sont accélérées à des énergies de l'ordre du GeV par le choc formé par l'interaction de la CME avec le vent solaire environnant. Aussi bien les observations (par exemple Gopalswam y et al (2014)) que les simulations numériques (par exemple Lionello et al (2013), Shiota et Kataoka (2016)) suggèrent que la structure d'une CME est généralement très complexe car dépendante à la fois de la la topologie du champ magnétique qu'elle emporte ainsi que des conditions du plasma dans le vent solaire qu'elle rencontre. À la complexité structurelle de la CME, qui exclut de facto la possibilité d'un traitement analytique, s'ajoute le fait que le plasma qui la compose et le vent solaire environnant sont sans collision. Dans de telles circonstances, l'ensemble du système devrait être traité dans le cadre d'une théorie sans collision. Malheureusement, les ordinateurs actuels ne permettent pas de simuler un objet aussi étendu dans le cadre de la physique des plasmas sans collisions dans lequel il faudrait considérer à la fois les échelles échelles cinétiques les plus courtes (le rayon de Larmor ionique est typiquement de l'ordre de quelques km) et l'échelle de la CME (càd un rapport de ~10⁷). Fort heureusement, la petitesse du rayon de Larmor des ions et des électrons devant la taille de la CME permet, malgré le fait que le plasma soit sans collisions, l'utilisation de la magnétohydrodynamique (MHD) pour décrire la dynamique d'un CME à des échelles > 10² km (voir par exemple Lionello et al (2013), Shiota et Kataoka (2016)). Nous utilisons le module MHD du code MPI-AMRVAC (voir amrvac.org) pour simuler l'expansion et la propagation d'une CME du Soleil à la Terre. L'accélération des particules dans le champ électromagnétique de la CME sera simulée à l'aide du module 'test particl' de MPI-AMRVAC (cf Ripperda et al 2017a,b). Les simulations seront utilisées pour aider à analyser les observations in situ des deux missions spatiales dans lesquelles le LESIA est fortement impliqué: Parker Solar Probe (lancé le 12 août 2018) et Solar Orbiter (lancé le 10 février 2020). L'exploitation combinée des mesures de ces deux sondes et des observations au sol offrent, en ce moment, une opportunité unique pour faire progresser notre compréhension à la fois de l'accélération et de la propagation des particules énergétiques associées aux CME ainsi que de leur impact sur l'environnement terrestre.