Les plasmas astrophysiques turbulents, accélérateurs de particules

À l’heure où l’astrophysique multi-messagers connaît un plein essor, une question centrale demeure : où et comment sont produites les particules chargées de haute énergie qui peuplent l’Univers ? Ce problème remonte aux travaux pionniers du célèbre physicien Enrico Fermi qui en a jeté les bases dans un article de 1949 : lorsque des particules chargées (ions ou électrons) se propagent dans un bain de structures magnétisées en mouvement, elles prennent (ou cèdent) de l'énergie aux champs électriques portés par ces aimants mobiles. L’énergie de chaque particule évolue alors au gré du hasard, avec, pour conséquence, que certaines particules sont portées à haute énergie et d’autres non.

Toutefois, la description formelle de ce mécanisme dans le contexte d'une théorie de turbulence astrophysique réaliste est restée un défi à ce jour. Une question clé est de pouvoir caractériser les champs électriques aléatoires qui contrôlent le processus d’accélération. L’étude de Martin Lemoine, chercheur CNRS-INSU, propose une nouvelle approche à ce problème. Elle démontre que les distributions de ces champs sont intrinsèquement liées à la nature intermittente de la turbulence, c'est-à-dire au fait que sur de petites échelles spatiales, les quantités ont tendance à prendre de grandes valeurs dans de petites régions du volume. Inspiré par les théories multi-fractales de l'intermittence turbulente, le modèle formule une équation de transport qui décrit avec succès l'évolution de l'énergie des particules dans le temps. Il fournit ainsi un cadre original pour décrire l'accélération des particules dans une variété d'environnements, de l’atmosphère solaire aux plasmas plus extrêmes des sources astrophysiques relativistes.