Les champs magnétiques dans l Univers

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1 Laboratoire d Astrophysique de Toulouse, Observatoire Midi-Pyrénées, France Ecole PROAM3 La Rochelle, octobre 2009

2 Outline 1 Introduction 2 3

3 Outline 1 Introduction 2 3

4 Qu est-ce qu un champ magnétique? Champ gravitationnel Champ électrique Champ magnétique

5 Lignes de champ magnétiques

6 Outline Introduction 1 Introduction 2 3

7 Outline Introduction 1 Introduction 2 3

8 Le champ magnétique de la Terre Découverte Gilbert (1600) : Phénomène de boussole La Terre est un gigantesque aimant Lente dérive des pôles magnétiques ( 10 km/an) Inversions du champ magnétique ( ans) Fluide conducteur dans le noyau externe - trop chaud pour entretenir aimant permanent - courants électriques source de champ magnétique

9 Le champ magnétique de la Terre Caractéristiques principales B approximativement dipolaire Axe du dipôle incliné de 10.2 mais N mag S geo B surf 0.5 G 0.3 G à l équateur 0.6 G aux pôles 1 G = 10 4 T

10 La magnétosphère de la Terre Aurore boréale en Alaska Aurore australe en Antarctique

11 Le champ magnétique de Jupiter Découverte Drake (1959) : Emission radio synchrotron de Jupiter Pioneer 10 (1973) : Détection in situ d un champ intense & étendu Caractéristiques principales B approximativement dipolaire Axe du dipôle incliné de 10 et N mag N geo M J M E B surf 4 G

12 Champ magnétique des planètes extérieures

13 Magnétosphère des planètes extérieures

14 Champ magnétique des planètes intérieures Mercure Vénus Mars Mariner 10 Mariner 10 Mars Global Surveyor

15 Synthèse Introduction Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune d [UA] R P [km] T rot [jr] B surf [G] B dip [G] G = 10 4 T

16 Outline Introduction 1 Introduction 2 3

17 Le champ magnétique du Soleil Découverte Harriot (1610) Fabricius, Galilée, Scheiner (1611) : Observations télescope de tâches solaires rotation du Soleil Schwabe (1843) : Cycle des tâches solaires (T 11 ans) Hale (1908) : Effet Zeeman dans une tâche solaire (B tache 3 kg) Hale (1913) : Effet Zeeman dû à un champ global (B 50 G) avec polarités opposées au N & au S GONG

18 Effet Zeeman Introduction

19 Tâches solaires Introduction B tache (2 4) kg Paires de tâches solaires polarités opposées tubes de flux émergeant localement Polarités opposées au N & au S comme champ global TRACE Inversion des polarités à chaque cycle de tâches Cycle magnétique complet 22 ans

20 Introduction Aperc u observationnel Plane tes Au-dela des galaxies Le champ magne tique du Soleil Caracte ristiques principales B (1 2) G Morphologie globale - a peu pre s dipolaire au minimum solaire - plus isotrope au maximum solaire Inversion des polarite s a chaque cycle de ta ches Cycle magne tique complet ' 22 ans Eclipse solaire (03/11/1994) (HAO) Eclipse solaire (15/02/1980) (HAO) Katia FERRIE RE Les champs magne tiques dans l Univers

21 L héliosphère Introduction

22 Le champ magnétique des étoiles massives Découverte Babcock (1947) : Effet Zeeman dans étoile Ap (B 1.5 kg) Seules les étoiles p ont un champ global Caractéristiques principales Tau Scorpii B qqes kg Morphologie généralement simple Stabilité temporelle pas de cycle Magnetic field reconstruction based on ESPaDOnS data

23 Le champ magnétique des étoiles peu massives Découverte Effet Zeeman Toutes ont un champ global Caractéristiques principales B (1 100) G B augmente avec Ω SU Aurigae Morphologie parfois complexe Variabilité temporelle Magnetic field reconstruction based on ESPaDOnS & NARVAL data

24 Le champ magnétique des étoiles dégénérées Naines blanches magnétiques Polarization circulaire du continu thermique B ( ) G à neutrons Détection de raies cyclotron B qqes G Pulsars radio Taux de ralentissement B ( ) G (95%) B ( ) G (5%)

25 Outline Introduction 1 Introduction 2 3

26 Le champ magnétique de la Voie Lactée Observations Hall, Hiltner (1949) : Polarization de la lumière stellaire Effet Zeeman Rotation de Faraday Emission synchrotron B [Figure from Ponthieu & Lagache (2004)]

27 Le champ magnétique de la Voie Lactée Caractéristiques principales B (5 10) µg B horizontal (parallèle au disque) Les lignes de champ s enroulent autour du centre Galactique Inversions de sens Forme spirale (?) Voie Lactée Image credit: NASA/JPL-Caltech

28 Le champ magnétique des autres galaxies Observations Emission synchrotron Rotation de Faraday Toutes les spirales ont un champ organisé à grande échelle Les elliptiques ont un champ chaotique à petite échelle Caractéristiques principales B qqes µg Spirales vues par la tranche B horizontal (parallèle au disque) Spirales vues de face B suit les bras spiraux

29 Le champ magnétique des autres galaxies NGC 891 M51 CFHT HST

30 Outline Introduction 1 Introduction 2 3

31 Le champ magnétique des amas de galaxies Amas de Coma Observations Rotation de Faraday Emission synchrotron Les amas ont un champ intergalactique chaotique B (0.1 qqes) µg HST (Image credit: NASA)

32 En dehors des amas & superamas??? Fond diffus cosmologique Limites supérieures uniquement Anisotropies dans le FDC B 10 8 G Nucléosynthèse primordiale B 10 6 G WMAP

33 Outline 1 Introduction 2 3

34 Tableau de synthèse Introduction Taille [cm] Intensité magnétique [G] Petit aimant Appareil IRM Planète Etoile peu massive Etoile massive qqes qqes 10 3 Etoile à neutrons 10 6 qqes Galaxie qqes 10 6 Amas de galaxies qqes G = 10 4 T

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