Lancé en 2008, l’Interstellar Boundary Explorer de la NASA orbite autour de la Terre pour cartographier l’héliopause, la frontière qui sépare notre système solaire du milieu interstellaire. Les données transmises par ce petit satellite suggèrent que les bords de notre système solaire sont le siège d’étranges bosses.
La Voie lactée abrite plus de 100 milliards d’étoiles. Notre système solaire est enfermé dans une « bulle » appelée l’héliosphère, qui nous sépare du reste de la galaxie et nous protège de certains rayonnements cosmiques. Cette bulle protectrice est créée par le Soleil lui-même, qui émet en permanence un flux de particules chargées. Ce vent solaire s’étend bien au-delà de Neptune et même au-delà de la ceinture de Kuiper, emportant avec lui une partie du champ magnétique solaire.
L’héliosphère a été découverte à la fin des années 1950, et en l’étudiant, les scientifiques en apprendront davantage sur la façon dont elle réduit l’exposition aux rayonnements des astronautes et des engins spatiaux, et plus généralement sur la façon dont les étoiles peuvent affecter les planètes voisines. Équipé de télescopes qui regardent le bord extérieur de l’héliosphère, l’Interstellar Boundary Explorer (IBEX) capture et analyse une classe de particules appelées « atomes neutres en énergie » (ou ENA) qui se forment là où le milieu interstellaire et le vent solaire se rencontrent – une région appelée l’héliopause.
Les frontières de la recherche grâce au flux d’atomes
Toutes les principales planètes de notre système solaire sont situées dans la couche la plus interne de l’héliosphère, où les particules du vent solaire se déplacent extrêmement rapidement (environ un million de kilomètres par heure). La limite extérieure de cette couche centrale s’appelle le « trait de fin » ; au-delà de cette limite, les particules commencent à ralentir sous la pression du milieu interstellaire externe. La couche située entre le choc final et l’héliopause s’appelle l’héliogaine.
Schéma de l’héliosphère et de ses composants. © NASA
Le satellite IBEX capture les ANE qui se produisent lorsque le vent solaire entre en collision avec le vent interstellaire ; si la plupart de ces atomes sont ensuite catapultés dans l’espace lointain, certains d’entre eux refluent vers le centre du système solaire (et sont donc capturés par IBEX). Compte tenu de la force du vent solaire, ces particules peuvent être utilisées pour cartographier la forme de la frontière – une forme d’écholocation cosmique en quelque sorte.
Les cartes héliosphériques produites jusqu’à présent ont été basées sur des mesures à long terme de l’évolution de la pression du vent solaire et des émissions d’ENA. « Cela a nécessité une moyenne spatiale et temporelle qui a lissé les caractéristiques petites ou dynamiques de l’héliosphère », expliquent les chercheurs dans la revue Nature Astronomy. Mais fin 2014, la pression dynamique du vent solaire a augmenté d’environ 50 % sur une période de six mois, provoquant une augmentation des flux atomiques en fonction du temps et de la direction.
Une équipe de scientifiques dirigée par l’astrophysicien Eric Zirnstein de l’Université de Princeton a profité de l’événement pour obtenir une image plus détaillée de la forme de l’impact final et de l’héliopause. Les données recueillies par IBEX ont révélé d’énormes structures ondulantes à l’échelle de dizaines d’unités astronomiques.
Frontière « mouvante » avec le milieu interstellaire
À l’aide de simulations, l’équipe a découvert qu’en 2015, le front de pression avait atteint son impact limite, envoyant une onde de pression à travers l’héliogaine. Ayant atteint l’héliopause, cette onde s’est réfléchie, est revenue à l’onde de choc terminale, puis est entrée en collision avec le flux de plasma chargé suivant le front de pression. Ce qui a provoqué une véritable tempête ENA dans la coque solaire.
Illustration de la réponse de l’ENA dans l’héliogaine interne à l’augmentation de la pression globale du vent solaire après 2014. © EJ Zirnstein et al.
Les mesures de l’équipe montrent également un changement significatif de la distance à l’héliopause. La sonde Voyager 1 a traversé l’héliopause en 2012 à une distance de 122 unités astronomiques. En 2016, l’équipe a mesuré que la distance à l’héliopause dans la direction prise par Voyager 1 était d’environ 131 unités astronomiques (UA) ; la sonde était dans l’espace interstellaire. Il en va de même pour la sonde Voyager 2 : lorsqu’elle a traversé l’héliopause en 2018, elle était à une distance de 119 UA. Mais des mesures prises en 2015 en direction de Voyager 2 estimaient la distance à l’héliopause à environ 103 UA.
Ces résultats suggèrent que la forme de l’héliopause change de manière significative, mais les scientifiques ne savent pas encore pourquoi.
La NASA devrait lancer l’Interstellar Mapping and Accelerated Probe (IMAP) en 2025. Les caméras ENA de ce navire ont une résolution plus élevée et sont plus sensibles que les caméras IBEX. « Les imageurs IMAP pourront générer des cartes complètes du ciel tous les 6 mois et des cartes partielles du ciel tous les 3 mois, ce qui nous permettra de quantifier la variabilité de l’héliosphère externe deux fois plus vite qu’IBEX », précisent les chercheurs. Selon eux, cela devrait révéler certains des mystères qui entourent encore cette étrange bulle qui protège notre système planétaire de l’espace.