Un nouveau modèle d’IA révèle des turbulences cachées dans l’atmosphère du Soleil

Les mouvements turbulents cachés qui se produisent dans l’atmosphère du Soleil peuvent être prédits avec précision par un réseau neuronal récemment développé.

Granules de convection dans la photosphère solaire. (NSO/AURA/NSF)

Alimenté uniquement par des données de température et de mouvement vertical recueillies à la surface de la photosphère solaire, le modèle d’IA a pu identifier correctement le mouvement horizontal turbulent sous la surface. Cela pourrait nous aider à mieux comprendre la convection solaire, ainsi que les processus qui génèrent les explosions et les jets qui jaillissent du Soleil.

“Nous avons développé un nouveau réseau neuronal convolutif pour estimer la distribution spatiale de la vitesse horizontale en utilisant les distributions spatiales de la température et de la vitesse verticale”, a écrit une équipe de chercheurs dirigée par l’astronome Ryohtaroh Ishikawa de l’Observatoire astronomique national du Japon.

“Cela a conduit à une détection efficace des caractéristiques spatialement étalées et des caractéristiques concentrées. […] Notre réseau a montré une meilleure performance sur presque toutes les échelles spatiales par rapport à celles rapportées dans les études précédentes.”

La photosphère solaire est la région de l’atmosphère du Soleil que l’on appelle communément sa surface. C’est la couche la plus basse de l’atmosphère solaire et la région d’où provient l’activité solaire telle que les taches solaires, les éruptions solaires et les éjections de masse coronale.

Si vous regardez de près, la surface de la photosphère n’est pas uniforme. Elle est couverte de sections serrées les unes contre les autres, plus claires au milieu et plus sombres vers les bords. On les appelle des granules, et ce sont les sommets des cellules de convection du plasma solaire. Le plasma chaud monte au milieu, puis redescend sur les bords en se déplaçant vers l’extérieur et en se refroidissant.

Lorsque nous observons ces cellules, nous pouvons mesurer leur température, ainsi que leur mouvement via l’effet Doppler, mais le mouvement horizontal ne peut pas être détecté directement. Cependant, les flux à plus petite échelle dans ces cellules peuvent interagir avec les champs magnétiques solaires pour déclencher d’autres phénomènes solaires. En outre, on pense que la turbulence joue également un rôle dans le chauffage de la couronne solaire. Les scientifiques sont donc désireux de comprendre exactement comment le plasma se comporte dans la photosphère.

Ishikawa et son équipe ont développé des simulations numériques de la turbulence du plasma et ont utilisé trois ensembles différents de données de simulation pour entraîner leur réseau neuronal. Ils ont constaté que, sur la base des seules données de température et de flux vertical, l’IA pouvait décrire avec précision des flux horizontaux dans les simulations qui seraient indétectables sur le vrai Soleil.

Cela signifie que nous pourrions lui fournir des données solaires et nous attendre à ce que les résultats qu’elle renvoie soient cohérents avec ce qui se passe réellement sur notre fascinante et effrayante étoile.

Toutefois, le réseau neuronal doit être affiné. S’il est parvenu à détecter les flux à grande échelle, l’IA a eu du mal à repérer les caractéristiques plus petites. La précision de la turbulence à petite échelle étant cruciale pour certains calculs, la résolution de ce problème devrait être la prochaine étape du développement de leur logiciel, ont déclaré les chercheurs.

“En comparant les résultats des trois modèles de convection, nous avons observé que la diminution rapide du spectre de cohérence se produisait à des échelles inférieures à celles de l’injection d’énergie, caractérisées par les pics des spectres de puissance des vitesses verticales. Cela implique que le réseau n’a pas été formé de manière appropriée pour reproduire les champs de vitesse à petites échelles générés par les cascades turbulentes”, écrivent-ils dans leur article.

“Ces défis peuvent être explorés dans des études futures.”

Un peu plus près de chez eux, les chercheurs développent leur logiciel pour aider également à mieux comprendre la turbulence dans les plasmas de fusion – une autre application importante pour une utilisation future.

La recherche a été publiée dans Astronomy & Astrophysics.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche