30/09/05 Bilan & Prospectives

1/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Injection photosphérique d'hélicité magnétique:

implications sur l’émergence du champ magnétique

Etienne Pariat1 & Pascal Démoulin1 1 LESIA, Observatoire de Paris

Alexander Nindos2, Mitchell Berger3

2 University of Ioannina, 3 University College London

30/09/05 Bilan & Prospectives

2/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Qu’est ce que l’hélicité magnétique ?

• L’hélicité magnétique est une quantité topologique qui mesure la torsion, le cisaillement et l’enroulement d’un champ magnétique dans un volume:

V

dVBAH

[m2]

A : potentiel vecteur

BA

H=N Z

2

30/09/05 Bilan & Prospectives

3/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Propriétés et Rôles• Conservation de l’hélicité magnétique en MHD

• Variation d’hélicité: Flux d’hélicité magnétique

• Hélicité magnétique impliquée dans:– Dynamo Solaire (Brandenburg 02,03)

– Eruptions confinées (Moon et al. 02)

– Ejections de Masse Coronales

S

22dd dS dV

VEABE

tH PR

Terme volumique ≈ 0: Dissipation d’hélicité très lente

Terme de surface: Flux d’hélicité

30/09/05 Bilan & Prospectives

4/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Hélicité magnétiques et CMEs

• CMEs dues a une accumulation importante d’hélicité magnétique

• CMEs: moyen d’évacuer l’hélicité magnétique injectée dans la couronne

(Nindos 05)

Hélicitécoronaletotale(1042 Mx2)

30/09/05 Bilan & Prospectives

5/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

S

dS)(2d

dBVA

t

HLCTP

R

Mesure de l’hélicité coronale• Mesure directe ardue: B doit être connu dans tout le volume

• Mesure du flux d’hélicité magnétique à travers la photosphère

– Intégration du flux pour obtenir l’hélicité totale

• Mesure de B :

– Spectropolarimétrie

• Mesure de V :

– Local Correlation Tracking: Vitesses déterminées à partir de l’évolution des structures magnétiques se déplaçant sur la photosphère.(Welsch et al. 04)

30/09/05 Bilan & Prospectives

6/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Cartes de densité de flux d’hélicité• Proxy de la densité de flux

d’hélicité:

• Injection simultanée d’hélicité positive et négative

Chae et al. 2001

Nindos et al. 2003

Kusano et al. 2002

nLCTPA BVAG

2

?

30/09/05 Bilan & Prospectives

7/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Nindos et al. 2003

Problèmes avec GA

• Polarité magnétique en translation

– Pas d’hélicité injectée, dH/dt=0, mais …

– Polarités de signe opposée apparaissent

• GA mal définit (Pb de jauge)

• GA source de fausses interprétations des observations:

Bn

V0

Bn

V0

Photosphère

nPA BVAG 02

AP

30/09/05 Bilan & Prospectives

8/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

G

GA

(Pariat et al. 05)

Nouvelle définition

• Densité de flux d’hélicité magnétique :

• Taux de rotation entre deux points x et x’:

• 1 Tube en translation: pas de polarités dans carte de G

• Emergence d’un tube de flux uniformément

torsadé (Ntour=0.1) : – Injection positive d’hélicité , dH/dt >0.

nxx

xVxVxxxx

t

2)'(

))'()(()'()',(

d

d

dS')'(dd)'(

2)()(S

xxt

xBxBxG nn

(Titov & Démoulin 1999)

30/09/05 Bilan & Prospectives

9/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Applications aux observations• Régions actives étudiées dans Nindos et al. 2003:

• Dans les observations, GA produit des polarités parasite, Gnon• L’injection d’hélicité magnétique est relativement homogène.

AR 8210

AR 8375

Pariat et al.

submitted

30/09/05 Bilan & Prospectives

10/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Injection locale d’hélicité magnétique

• G nouvel outil pour étudier l’injection locale d’hélicité magnétique

• Hélicité injectée par une polarité en rotation solide:

dH/dt = /2 x

• Exemple observations: – Taux rotation moyen:

/2 = 0.03 tour/jour

rot. diff. =10-3 tour/jour• Injection d’hélicité par émergence

Bn

Photosphère

30/09/05 Bilan & Prospectives

11/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Emergence de tubes de flux• Injection d’hélicité: processus homogène.

• Contrainte sur la distribution de la torsion des tubes de flux émergeant:

Le signe de la torsion doit être identique pour tous les tubes de flux dans la zone de convection.– Contrainte sur les modèles de dynamo et le transport du flux.

Photosphère

Emergence

30/09/05 Bilan & Prospectives

12/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Conclusion• Gnouvel outil permettant d’étudier l’injection locale d’hélicité

• Injection d’hélicité processus relativement homogène dans les régions actives standards:– Contrainte sur la répartition du signe de la torsion des tubes de flux

émergeant.– Favorable à l’idée d’une accumulation graduelle d’hélicité comme

origine des CMEs

• Perspectives: – Etudes du lien entre pics locaux d’injection d’hélicité et les mécanismes

éruptifs (éruptions confinées et CMEs)– Besoin d’observations multi-simultanées et systématiques de

régions actives, en lien avec des processus éruptifs:• THEMIS• STEREO

30/09/05 Bilan & Prospectives

13/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Hélicité et éruptions

• Corrélation entre éruptions et injection d’hélicité magnétique.

(Moon et al. 02)

Flux photosphérique d’hélicité

Intensité rayonnement X (GOES)

30/09/05 Bilan & Prospectives

14/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Ici c’est la fin !

Rien

30/09/05 Bilan & Prospectives

15/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

Il faut partir maintenant !

30/09/05 Bilan & Prospectives

16/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique

30/09/05 Bilan & Prospectives

17/13Thème 1 : Injection d’Hélicité Magnétique