Une fine couche cachée au cœur du Soleil, la tachocline, entretient une relation à double sens avec le champ magnétique de l’étoile. Ce champ magnétique maintient lui-même la finesse de cette couche, un mécanisme qui explique aussi pourquoi les étoiles ralentissent leur rotation avec l’âge.
Entre le noyau radiatif immobile et la zone convective en mouvement permanent se niche la tachocline, à environ un tiers du rayon solaire depuis le centre. À cette frontière, la rotation du Soleil change brutalement de régime. Cette zone amplifie et organise le champ magnétique avant sa libération en surface, sous forme de taches solaires puis d'’éruptions.
Pendant longtemps, on a pensé que les mouvements de cisaillement de la tachocline façonnaient à eux seuls ce champ magnétique. De nouvelles simulations, que des chercheurs de l’université de Californie à Santa Cruz ont réalisées avec les supercalculateurs de la NASA, viennent de découvrir que le champ magnétique confine à son tour la tachocline et l’empêche de s’étaler.
Le champ magnétique confine la tachocline en retour
Le plasma solaire circule différemment selon la profondeur. Dans la zone radiative interne, il tourne comme un bloc rigide. Sa vitesse varie quant à elle avec la latitude dans la zone convective externe. La tachocline absorbe cette rupture sur une épaisseur infime, à peine quelques pour cent du rayon solaire.
Sans confinement, cette fine couche s’étalerait par diffusion thermique et s’épaissirait au fil des millénaires. Le champ magnétique empêche cette expansion et agit comme un étau invisible. Il maintient la tachocline dans ses limites étroites et tire son énergie des mouvements de cette même couche.
Selon Loren Matilsky, postdoctorant à l’université de Californie à Santa Cruz, cette relation fonctionne dans les deux sens. La tachocline alimente la dynamo solaire, mais la dynamo confine aussi la tachocline en retour.
L'’équipe a mobilisé plusieurs centaines de millions d’heures de calcul sur le supercalculateur le plus puissant de la NASA pour produire ces simulations.
Le même champ freine la rotation du Soleil depuis son cœur
Le Soleil tournait bien plus vite à sa naissance. Sa rotation ralentit depuis, comme celle de nombreuses étoiles semblables. En surface, le champ magnétique freine les couches externes à la manière des rayons d’une roue. Comment ce freinage rejoint-il le cœur de l’étoile ? La question résistait aux modèles.
La tachocline sert de relais entre les deux zones. Le champ magnétique qui la confine relie aussi le noyau radiatif à l’enveloppe convective, transmet le freinage entre les deux et ralentit tout le Soleil de manière cohérente.
Sept exoplanètes géantes, situées hors de notre système solaire, portent la trace d’un champ magnétique comparable à celui du Soleil. Une équipe internationale d’astronomes l’a détecté grâce à un ralentissement inhabituel des vents atmosphériques de ces planètes, d'une intensité comparable à quatre fois celle de Saturne. Ces boucliers magnétiques freinent les particules chargées et protègent l’atmosphère de ces mondes, une condition essentielle à l'’habitabilité.
Le centre COFFIES, financé par la NASA, réunit treize institutions américaines et cinq institutions internationales autour de l’étude du magnétisme stellaire. Le programme étudie aussi une seconde couche, proche de la surface du Soleil, où se forme une part de ce même champ magnétique.
