onde d'Alfvén

Le canal annulaire en arséniure de gallium ressemble à un bassin circulaire sans rebord : les électrons entrent par la rive intérieure et ressortent par la rive extérieure. Dans un matériau ultra-pur, ils se heurtent les uns aux autres plus souvent qu'aux défauts du réseau, et se mettent à se comporter comme un liquide.

Sur une route étroite, deux caravanes avancent l'une vers l'autre. L'une, large et lente, transporte une cargaison de densité. L'autre, une file de chariots légers chargés de courant, se faufile entre les premiers. Ainsi, dans la décharge d'un magnétron coexistent deux structures qui tournent en sens opposés : la raie de densité et les filaments de courant.

Le vent solaire est un flux de particules chargées qui s'échappe en permanence de la surface du Soleil et remplit tout le système solaire. Il ne ressemble pas à une brise régulière : il contient des tourbillons, des rafales et des zones de calme.

Dans la couronne solaire, il pleut de temps en temps — mais pas de l'eau, du plasma. Le gaz surchauffé se refroidit, se condense en amas et s'élance vers le bas le long des boucles magnétiques, comme des gouttes sur des gouttières invisibles.

La couronne solaire est l'atmosphère externe du Soleil, chauffée à des millions de degrés. Comment elle se réchauffe n'est pas encore totalement élucidé. L'un des candidats est les ondes de torsion : elles tordent les lignes de champ magnétique, comme si vous tordiez un élastique.

La couronne solaire vit sa propre vie trépidante. Les champs magnétiques y obéissent aux mouvements de la surface dense (la photosphère) du Soleil, mais parfois ils redessinent eux-mêmes le motif magnétique.

Au centre d'une galaxie lointaine, où tourne un trou noir supermassif d'une masse de cent millions de soleils, l'espace est parcouru de champs magnétiques.

Le sursaut dure un millième de seconde, mais en cet instant, il libère autant d'énergie que le Soleil en émet en une journée. Ces signaux, appelés sursauts radio rapides, sont captés par les télescopes depuis 2007, et leur origine reste une énigme.

Du Soleil à la Terre, le vent solaire file à toute allure, mais la magnétosphère dévie le flux et en sculpte des queues de plasma.

La lumière d'un blazar lointain (un noyau actif de galaxie qui projette un jet dans notre direction) voyage vers nous pendant des milliards d'années. En chemin, elle génère des gerbes de particules chargées que le champ magnétique intergalactique dévie sur les côtés.

Un phare envoie son signal à travers une tempête de miroirs — c'est à peu près ce que vivent les sursauts radio rapides lorsqu'ils tentent de quitter les environs d'un magnétar. Un magnétar est une étoile à neutrons dont le champ magnétique est un quadrillion de fois plus intense que celui de la Terre.

Les géantes rouges sont des étoiles vieillissantes qui ont gonflé. Dans leurs entrailles bouillonne un océan de plasma : la chaleur remonte du noyau vers la surface, engendrant des vagues semblables à un puissant ressac.

Le paradoxe du jeune vent solaire a longtemps tenu en haleine les héliophysiciens. Les mesures montrent qu'à proximité de l'astre, les faisceaux de protons ne sont pas diffus, mais comprimés, comme si quelqu'un leur avait soigneusement donné la forme d'une tête de marteau.

Le Soleil est un chaudron bouillonnant d'hydrogène et d'hélium, où le gaz incandescent est pris au piège de lacets magnétiques. Lorsque ces câbles invisibles se reconnectent, une énergie comparable à des milliards d'explosions thermonucléaires est libérée. Où va-t-elle ?

En décembre 2011, la comète Lovejoy s'est audacieusement frayé un chemin à travers la couronne incandescente du soleil. Juste après, une éruption. Les scientifiques ont vérifié si la comète avait pu la provoquer. L'atmosphère du soleil est parcourue de boucles magnétiques tendues, comme la corde d'un arc bandé.

Un épais élastique en caoutchouc est tordu de plus en plus fort. À un moment donné, il n'y tient plus — il se rompt et fouette l'air, libérant l'énergie accumulée. C'est à peu près ce qui se passe avec les champs magnétiques à l'intérieur des étoiles à neutrons — ces résidus ultra-denses d'étoiles explosées.

La cime d'un grand arbre s'agite sous le vent, mais les racines et le tronc restent cachés sous terre. Sur le Soleil, ces racines invisibles sont les champs magnétiques. Ils émergent des profondeurs, traversent toute l'atmosphère et dirigent le mouvement du gaz surchauffé – le plasma.

Des couches de matériau mince, tournées l'une par rapport à l'autre, évoquent des grilles superposées. Aux intersections des lignes apparaît un nouveau motif : le moiré. Dans ce motif, les électrons se déplacent différemment que dans un cristal ordinaire et peuvent former des états inattendus.

Deux étoiles à neutrons se rapprochent en spirale, prêtes à fusionner en un instant. Leur danse ne dure que quelques fractions de seconde, mais juste avant le final, l'une des étoiles percute l'enveloppe magnétique de l'autre — tel un nageur qui fend l'eau en soulevant des vagues. À cet instant naît un système complexe de courants qui emportent l'énergie au loin.

Un gaz superfluide se comporte comme un liquide sans frottement. Deux nuages de ce gaz sont reliés par un pont étroit, et un flux de particules le traverse. Cela rappelle l'effet Josephson dans les supraconducteurs, sauf qu'ici ce sont des atomes neutres au lieu d'électrons.

Le signal radio voyage de Mars à la Terre, mais en chemin, il doit se frayer un passage à travers un « vent » invisible de particules chargées soufflant du Soleil. Ce vent, comme des rides sur l'eau, déforme légèrement les ondes radio.

Le vent solaire n'est pas un flux régulier, mais plutôt un flux saccadé. À l'intérieur, les protons et les noyaux d'hélium ne volent pas à une seule vitesse, mais avec une dispersion, comme des gouttes dans un jet d'eau. Habituellement, cette dispersion est décrite par une simple courbe en cloche.

Dans un disque de gaz et de poussière autour d'une jeune étoile, les particules de poussière se comportent comme des grains de sable dans un courant d'eau : le gaz s'écoule plus vite, la poussière reste en arrière, et une friction apparaît entre eux. Cette friction peut faire osciller les ondes magnétiques qui parcourent le disque.

Une onde de choc dans la couronne solaire ressemble à un bang supersonique d'avion, mais au lieu de l'air, c'est du plasma surchauffé, et au lieu du son, c'est un saut de densité et de champ magnétique. Le 10 mars 2024, une telle onde a traversé la partie ouest du disque solaire.

Dans le nuage sombre G351, où de nouvelles étoiles s'apprêtent à naître du gaz et de la poussière, le champ magnétique s'est incurvé comme un sablier. Une telle forme est la signature d'un champ qui ne se contente pas d'observer la naissance des étoiles, mais qui y participe activement.

La couronne du Soleil ressemble à un pissenlit ébouriffé : de brillantes boucles en forme de pétales retiennent le gaz chaud près de la surface, et entre elles, de longs jets ténus s'échappent dans l'espace. Ces jets – la couche de courant héliosphérique – s'étendent à travers tout le système solaire.

Une étoile à neutrons, c'est une ville de la taille d'une mégapole compressée en un petit astéroïde. Autour d'elle bouillonne un plasma — un gaz de particules chargées — à travers lequel courent des ondes, comme des rides à la surface d'un étang.

Une étoile à neutrons de la taille d'une ville tourne plus vite qu'un mixeur de cuisine et projette des particules autour d'elle. Un nuage lumineux se forme alors — on l'appelle le halo de pulsar. La forme de ce nuage dépend des champs magnétiques invisibles qui, comme les courants océaniques, guident les particules.

Une éruption solaire, c'est comme un ressort géant que l'on a tordu, tordu, et qui se détend brusquement. L'énergie accumulée dans le champ magnétique est projetée dans l'espace en quelques minutes, chauffant le plasma à des millions de degrés.

Deux vieux engins, lancés en 1977, traversent l'espace interstellaire, cette région où l'influence du Soleil s'estompe. Le Soleil ne se contente pas de briller : il émet en permanence un flux de particules chargées qui forme autour de notre système une bulle géante, l'héliosphère.

Les sondes Parker Solar Probe et Solar Orbiter volent près du Soleil et mesurent le vent solaire — le flux de particules chargées qui souffle en permanence de notre étoile. Dans ce vent, on rencontre de brusques plis du champ magnétique, en forme de Z.

Le plasma est un gaz si chauffé que les électrons se détachent des atomes. Des ondes similaires au son dans l'air s'y propagent, mais elles sont gouvernées par le champ magnétique. Si le champ magnétique devient non uniforme, mais périodique — comme une clôture avec des planches alternées — les ondes se comportent différemment.

Dans une casserole de soupe bouillante, les petites bulles s'agitent, mais peu à peu les grands courants dominent. Un phénomène similaire se produit dans le plasma cosmique, où les champs magnétiques se comportent comme des fils emmêlés.

Un réacteur à fusion, c'est tenter de retenir un petit soleil dans une cage magnétique. Pour qu'il produise plus d'énergie, il faut comprimer le plasma davantage. Mais les tokamaks ont une clôture invisible : dès que la densité franchit un certain seuil, le plasma tressaille et se désagrège.

Le Soleil émet en permanence un flux de particules chargées, principalement de l'hydrogène — le vent solaire. Parfois, le Soleil éjecte des nuages denses de gaz magnétisé, à l'intérieur desquels règne généralement un calme plat.

Dans un supraconducteur ordinaire, les électrons s'associent en paires immobiles — leur impulsion totale est nulle. Mais il existe une autre possibilité : les paires acquièrent une impulsion commune et se mettent en mouvement, tel un banc de poissons remontant le courant. Cet état, appelé onde de paires, est très capricieux et exige des conditions particulières.

Dans un gaz brûlant de particules chargées — le plasma — les champs électriques chaotiques agissent comme un tamis. Une particule lente s'entoure d'un nuage de charges opposées qui neutralise le champ externe. Une particule rapide, elle, perd cette armure et se fait accélérer.

Chaque heure, quand les aiguilles de l'horloge se rejoignent sur le douze, quelque chose se passe dans la magnétosphère terrestre. Comme si un chef d'orchestre invisible levait sa baguette — et le long des lignes magnétiques, des ondes courent vers la surface. On les appelle des perles : sur les enregistrements, elles ressemblent à un collier de perles enfilées sur le temps.

Le vent solaire n'est pas un ruisseau tranquille, mais une soupe bouillonnante de particules chargées. La sonde Parker, en plongeant vers le Soleil lui-même, a capté deux types de vagues-mixeurs.

Le muon est une toupie minuscule qui tourne dans la mer agitée du vide. Son axe magnétique pointe légèrement à côté de ce que prédit le modèle standard. L'écart n'est que de quelques millionièmes, mais pour les physiciens, c'est une véritable énigme. Le vide n'est pas un calme plat.