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Une nouvelle approche pour étudier les processus d’ondes turbulents dans le vent solaire
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Les interactions entre les faisceaux d’électrons énergétiques et les plasmas du vent solaire sont à l’origine de divers processus de transformation des ondes turbulentes et du rayonnement électromagnétique lors des sursauts radio solaires de types II et III. Les propriétés de la turbulence des ondes électrostatiques excitées par des faisceaux d’électrons dans les plasmas solaires aléatoirement inhomogènes et faiblement magnétisés peuvent être mises en évidence par l’étude statistique des amplitudes des champs électriques des ondes de Langmuir et hybrides-hautes, qui fournit des informations clés sur les processus linéaires et non-linéaires qui se développent au sein des plasmas turbulents. Aujourd’hui, les sondes spatiales modernes telles que Solar Orbiter et Parker Solar Probe offrent une occasion unique d’étudier directement les caractéristiques des distributions du champ électrique à l’aide des formes d’onde mesurées dans le vent solaire.
Panneau (a) : distributions β des PDFs de ∣𝐸∣ et log∣𝐸∣² (voir légende) en fonction du carré de l’asymétrie (β1) et de la kurtosis (β2), pour les formes d’onde mesurées par le récepteur RPW-TDS embarqué à bord de Solar Orbiter, avec un taux d’échantillonnage de 262 kHz (17 janvier 2023). Les distributions β obtenues en utilisant des formes d’onde fournies par une simulation effectuée dans un plasma magnétisé et aléatoirement inhomogène (Δ𝑁 = 0.025 et Ω = 0.01) sont superposées sous la forme de contours ; les lignes noires et cyan correspondent respectivement aux distributions β des PDFs de log∣𝐸∣² et ∣𝐸∣.
Panneau (b) : Exemple de PDFs mesurées par Solar Orbiter (points verts) et calculées par la simulation (lignes rouges), correspondant aux positions indiquées dans le diagramme (β1, β2) respectivement par un point noir (log∣𝐸∣²) et une étoile noire (∣𝐸∣) (voir légende).
Les propriétés statistiques de la turbulence des ondes hybrides-hautes générées par les faisceaux d’électrons dans le vent solaire ont été étudiées en utilisant les fonctions de densité de probabilité (PDF) des amplitudes |E| des champs électriques. Pour la première fois, des simulations 2D particle-in-cell (PIC) de haute résolution spectrale ont été effectuées sur de longues durées pour analyser les troisième et quatrième moments des distributions (skewness et kurtosis) de |E| et log|E|2, pour différentes intensités du champ magnétique (Ω=ωc/ωp) et de l’amplitude moyenne ΔN des fluctuations de densité aléatoires.
Les distributions log |E|2 et |E| sont en bon accord avec celles mesurées par le « Time Domain Sampler » installé sur le satellite Solar Orbiter. Nos résultats démontrent le potentiel prometteur de l’approche utilisée pour étudier les processus d’onde turbulents dans le plasma, ainsi que pour détecter et classer des événements spécifiques dans l’ensemble des données satellitaires.
Nous tenons à remercier l’équipe de développement Smilei pour son code et son soutien, ainsi que les équipes RPW et TDS de Solar Orbiter pour leurs observations.
Référence : Statistical properties of beam-driven upper-hybrid wave turbulence in the solar wind, V. Annenkov, C. Krafft, A. Volokitin, P. Savoini, A&A 699 L6 (2025), https://doi.org/10.1051/0004-6361/202555087
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