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Les particules qui tournent autour de la Terre à une vitesse proche de la lumière enfin expliquées

Dans le tourbillon d’une tempête solaire parfaite, les électrons peuvent être piégés près de la terre, où ils peuvent accélérer à presque la vitesse de la lumière.

Ces électrons tirent leur épingle du jeu en surfant sur des vagues de gaz surchauffé et chargé appelé plasma qui est lancé par le soleil pendant les tempêtes solaires. Ils accélèrent à une vitesse proche de la lumière, cependant, uniquement lorsque la densité du plasma est faible, selon une nouvelle étude menée par des chercheurs du Centre allemand de géosciences GFZ à Potsdam.

Les résultats sont importants car les électrons voyageant si rapidement sont particulièrement dangereux pour les satellites et autres équipements électroniques. Ils peuvent pénétrer dans le blindage qui protège les satellites d’autres particules chargées dans les tempêtes solaires, endommageant les composants sensibles.

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Le phénomène se produit dans les deux Ceintures de rayonnement Van Allen, qui sont des boucles de particules chargées piégées dans une sorte de forme de beignet autour de la Terre. Les ceintures, qui s’étendent d’environ 400 milles à plus de 36 000 milles (640 à 58 000 kilomètres) au-dessus de la surface de la Terre, protègent notre planète des particules chargées émanant du soleil. Mais ils réagissent également aux tempêtes solaires d’une manière qui n’est pas entièrement comprise. En 2012, la NASA a lancé deux sondes Van Allen pour prendre des mesures dans cette mystérieuse zone du proche espace. Les sondes ont détecté des électrons à des «énergies ultra-relativistes» – en d’autres termes, voyageant près de la vitesse de la lumière.

Les chercheurs ne savaient pas comment les électrons devenaient si énergiques; certains pensaient que les électrons devaient s’accélérer en deux étapes, d’abord lors d’un voyage depuis l’extérieur des confins des ceintures, puis de nouveau au plus profond d’eux. Mais de nouvelles données des sondes Van Allen ont révélé que deux étapes ne sont pas nécessaires. Au lieu de cela, la vitesse des électrons a tout à voir avec la densité des niveaux de fond du plasma pendant une tempête solaire.

« Cette étude montre que les électrons de la ceinture de rayonnement de la Terre peuvent être rapidement accélérés localement à des énergies ultra-relativistes, si les conditions de l’environnement plasma – ondes de plasma et densité de plasma temporairement faible – sont correctes », co-auteur de l’étude Yuri Shprits, un physicien spatial au GFZ Potsdam, dit dans un communiqué.

En règle générale, la densité du plasma dans les ceintures de Van Allen peut être comprise entre 50 et 100 particules par centimètre cube. Mais lorsque la densité chute à moins de 10 particules par centimètre cube, les électrons peuvent tirer de l’énergie des ondes électromagnétiques appelées «ondes de chœur», augmentant leur énergie cinétique de quelques centaines de milliers d’électrons volts à 7 millions d’électrons volts. (À titre de comparaison, l’accélérateur linéaire utilisé jusqu’en 2020 au CERN accélère les protons jusqu’à 50 millions d’électrons volts.) Les chercheurs soupçonnaient déjà le les ondes de chœur pourraient être la cause de l’accélération des électrons, mais n’avait pas réalisé auparavant que cela ne pouvait se produire que lorsque la densité du plasma était si faible. La faible densité semble permettre un transfert d’énergie plus efficace des ondes vers les électrons.

Ces baisses de densité ne se produisent pas très souvent, ont écrit les chercheurs dans leur article, publié le 29 janvier dans la revue. Progrès scientifiques. En 2015, lorsque les observations ont été prises, les bonnes conditions ne sont apparues qu’une «poignée» de fois, ont-ils ajouté. Ces conditions extrêmes peuvent avoir quelque chose à voir avec la convection prolongée dans les ceintures de Van Allen, c’est-à-dire lorsque le matériau plus chaud et plus léger monte et plus dense, le matériau plus froid s’enfonce, ont écrit les chercheurs, mais des études supplémentaires sont nécessaires pour découvrir pourquoi le plasma amincit parfois tellement.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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