L'énigme des aurores X de Jupiter est résolue

Pendant quelques siècles après Newton, l'essentiel de la description du Système solaire se basait uniquement sur l'existence de la force de gravitationforce de gravitation entre les corps célestes, avec des effets fins et sur des millénaires résultants des forces de marée et des perturbations gravitationnelles, modifiant lentement mais sûrement les paramètres orbitaux et de rotation sur eux-mêmes de ce corps.

Mais le XX^e siècle a bien montré également que des forces électromagnétiques devaient également être prises en compte. Ces forces relevaient d'une électrodynamique cosmique, pour reprendre les termes du prix Nobel de physique Hannes Alfvén. Suédois, il s'était bien évidemment intéressé aux théories décrivant le comportement des aurores polaires. Mais on lui doit aussi de nombreuses contributions à la physique des plasmas. Sans doute, aurait-il été intéressé par un article qui vient d'être publié dans la célèbre revue Science Advances et qui donne la solution d'une énigme en planétologie datant d'une quarantaine d'années.

La plus grande magnétosphère planétaire du Système solaire

L'énigme concernait les observations des aurores polaires de JupiterJupiter effectuées dans le domaine des rayons X. Certaines de ces observations avaient été conduites en utilisant les observatoires spatiaux XMM-NewtonXMM-Newton de l'Esa et ChandraChandra de la NasaNasa. On avait noté, par exemple, alors que les aurores australesaurores australes pulsaient régulièrement toutes les onze minutes, les boréales fluctuaient de manière apparemment chaotique. Surtout, les scientifiques n'arrivaient pas à comprendre par quels mécanismes des particules chargées étaient accélérées au point d'être dotées de suffisamment d'énergieénergie pour produire ensuite, lors de collision avec les atomesatomes de l'atmosphèreatmosphère de Jupiter, des émissionsémissions de rayons X.

Rappelons au passage que la magnétosphèremagnétosphère de Jupiter est environ 40 fois plus vaste que celle de la Terre, avec des champs magnétiqueschamps magnétiques 20.000 fois plus intenses, et que des ionsions provenant des éruptions volcaniqueséruptions volcaniques de IoIo, l'une des principales luneslunes médicéennes découvertes par GaliléeGalilée autour de Jupiter, influent sur les aurores polaires de la géante gazeusegéante gazeuse. Plus précisément, ce sont des ions soufresoufre et oxygèneoxygène ayant perdu plusieurs électronsélectrons issus de Io (ainsi que des protonsprotons) qui sont les ions lourds entrant en collision avec les atomes neutres de Jupiter vers ses pôles.

Il y a quelques années déjà, une équipe de planétologues avaient tout de même avancé un modèle d'accélération des ions d'Io en utilisant des simulations numériquessimulations numériques sur ordinateurordinateur. On sait que Jupiter tourne sur elle-même en un peu moins de dix heures et que, si son champ magnétique est principalement dipolaire -- comme celui d'une barre aimantée et comme dans le cas de la Terre --, ses lignes de champs sont comprimées face au SoleilSoleil en raison du vent solairevent solaire. À l'inverse, elles s'étendent et s'étirent à l'arrière de la planète comme on peut le voir dans la vidéo ci-dessus.

Une compression périodique de la magnétosphère de Jupiter

Enfin, la rotation de la planète entraîne les lignes de champ magnétique de sorte que, selon les simulations, cette configuration variable des lignes de la magnétosphère induit un phénomène de compression variable du plasma dans celle-ci. Finalement, cela amorce la production d'ondes électromagnétiquesondes électromagnétiques particulière appelées ondes électromagnétiques cyclotroncyclotron ioniques (electromagnetic ion cyclotron ou Emic en anglais). Ces ondes sont produites par les particules chargées qui tournent en spirale autour des lignes de champs magnétiques en les longeant. Ces ondes à leur tour peuvent accélérer les ions. Elles sont connues depuis des décennies dans les magnétosphères de différentes planètes, y compris celle de la Terre et de SaturneSaturne.

Il en résultait une série d'événements qui pouvait être observée et donc permettre de tester la théorie avancée. De fait, les conditions pour le faire se sont trouvées remplies les 16 et 17 juillet 2017, lorsque le satellite X de l'Esa XMM-Newton a observé Jupiter en continu pendant 26 heures et a vu des aurores X pulser toutes les 27 minutes. Simultanément, la sonde Junosonde Juno de la Nasa voyageait entre 62 et 68 rayons de Jupiter au-dessus des zones où se produisaient les aurores, précisément là où les simulations indiquaient l'amorçage du phénomène des aurores.

« Ce que nous voyons dans les données Juno, c'est une belle chaîne d'événements. Nous voyons la compression se produire, nous voyons l'onde Emic se déclencher, nous voyons les ions, puis nous voyons des paquetspaquets d'ions se déplacer le long des lignes de champ. Et puis, quelques minutes plus tard, XMM voit une rafale de rayons X », explique ainsi dans un communiqué de l'Esa William Dunn, du Mullard Space Science Laboratory, University College London, qui a codirigé le travail publié aujourd'hui.

Le même communiqué explique également que, finalement, le mécanisme auroral de Jupiter est très similaire à l'un de ceux à l'origine des aurores ioniques qui se produisent sur Terre. Dans le cas de notre Planète bleue, les ions impliqués sont tout simplement les protons du vent solaire. Mais surtout, les énergies impliquées avec la petite magnétosphère terrestre relativement à celle de Jupiter ne sont pas assez élevées pour produire significativement des rayons X.

Si ce processus est bien universel, on peut s'attendre à le trouver avec des naines brunes et même des exoplanètes.