Les plasmas astrophysiques turbulents: accélérateurs de particules naturels ?

Publié par Redbran le 01/12/2022 à 13:00
Source: CNRS INSU
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À l'heure où l'astrophysique multi-messagers connaît un plein essor, une question centrale demeure: où et comment sont produites les particules chargées de haute énergie qui peuplent l'Univers ?

Ce problème remonte aux travaux pionniers du célèbre physicien Enrico Fermi (Enrico Fermi (29 septembre 1901 à Rome - 28 novembre 1954 à Chicago)...) qui en a jeté les bases dans un article de 1949: lorsque des particules chargées (ions ou électrons) se propagent dans un bain de structures magnétisées en mouvement, elles prennent (ou cèdent) de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) aux champs électriques portés par ces aimants mobiles. L'énergie de chaque particule évolue alors au gré du hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque efficient, sinon...), avec, pour conséquence, que certaines particules sont portées à haute énergie et d'autres non.

Toutefois, la description formelle de ce mécanisme dans le contexte d'une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse...) astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) réaliste est restée un défi à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...). Une question clé est de pouvoir caractériser les champs électriques aléatoires qui contrôlent le processus d'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...).

L'étude de Martin Lemoine, chercheur CNRS-INSU, propose une nouvelle approche à ce problème. Elle démontre que les distributions de ces champs sont intrinsèquement liées à la nature intermittente de la turbulence, c'est-à-dire au fait que sur de petites échelles spatiales, les quantités ont tendance à prendre de grandes valeurs dans de petites régions du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...). Inspiré par les théories multi-fractales de l'intermittence turbulente, le modèle formule une équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) qui décrit avec succès l'évolution de l'énergie des particules dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...).

Il fournit ainsi un cadre original pour décrire l'accélération des particules dans une variété d'environnements, de l'atmosphère solaire aux plasmas plus extrêmes des sources astrophysiques relativistes.

En savoir plus:
First-principles Fermi acceleration in magnetized turbulence - Physical Review Letters.
Martin Lemoine.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.215101
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