Une nouvelle approche pour étudier les processus d’ondes turbulents dans le vent solaire
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 ondes hybrides-hautes, qui fournit des informations clés sur les processus linéaires et non-linéaires. 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.
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 (TDS) installé sur 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.
La Figure ci-dessous llustre la comparaison entre les distributions statistiques mesurées par Solar Orbiter et celles issues de la simulation. Le panneau (a) montre les distributions β des PDFs de |E| et log|E|², représentées en fonction de l’asymétrie β₁ et de la kurtosis β₂, pour les formes d’onde enregistrées par le récepteur RPW-TDS à bord de Solar Orbiter (17 janvier 2023, taux d’échantillonnage de 262 kHz). Les résultats de simulation, réalisés dans un plasma faiblement magnétisé et aléatoirement inhomogène (ΔN = 0.025, Ω = 0.01), apparaissent en contours superposés : les lignes noires correspondent à log|E|² et les lignes cyan à |E|. Le panneau (b) présente un exemple de PDFs mesurées par Solar Orbiter (points verts) et calculées par simulation (lignes rouges). Les positions correspondantes dans le plan (β₁, β₂) sont indiquées dans le panneau (a) par un point noir pour log|E|² et une étoile noire pour |E|.
Nous tenons à remercier l'équipe de développement Smilei, 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