Le champ magnétique dans l'univers - Palais de la découverte

DÉCOUVERTE N°346 MARS 200721IntroductionUne fraction importante de l’Univers setrouve sous la forme d’une matière ténue etfaiblement ionisée (1) appelée plasma. Lesmouvements des particules et ions lecomposant sont sévèrement contrôlés par leschamps magnétiques ambiants.En effet, considérons l’exemple suivant : soitun proton typique émis par le Soleil, animéd’une vitesse voisine de 400 km.s -1 et soumisau champ magnétique interplanétaire dontl’origine se trouve dans le Soleil. Au niveaude l’orbite terrestre, l’intensité de ce champfaible s’élève à 5 nanoteslas (nT). Un rapidecalcul montre alors que la force d’originemagnétique s’exerçant sur cette particule esttrente millions de fois plus grande que la forcequi l’attire gravitationnellement vers leSoleil (2) ! L’exemple cité, quoique simpliste,présente au moins l’intérêt de convaincre del’importance considérable mais méconnue deschamps magnétiques en astrophysique. Eneffet, ils jouent un rôle capital à l’intérieur desétoiles en y altérant le transport des élémentschimiques dans leurs atmosphères. Ils modifientaussi leurs environnements circumstellaireset participent de manière significative àla formation des étoiles et à l’interaction entreelles et leur disque protoplanétaire. L’étude dela topologie des champs magnétiques stellairesaide les astronomes à déterminer leurorigine, qu’elle réside dans des « effetsdynamo » comme pour notre Soleil ou dansdes champs fossiles galactiques amplifiés parla contraction des proto-étoiles. Elle permetaussi de comprendre l’impact de ces champssur l’évolution stellaire à long terme. Lemagnétisme rend également compte decertaines propriétés exotiques des nainesblanches, des étoiles à neutrons, des pulsars etdes magnétoiles, stades ultimes de l’évolutiond’étoiles au moins aussi massives que leSoleil. À plus grande échelle, les champsgalactiques et intergalactiques sont susceptiblesd’agir sur la matière en sculptant desfilaments et les courants de particuleschargées. Les astronomes ont ainsi découvertun champ proche de quelques centaines denanoteslas au centre de notre Voie lactée etd’autres galaxies. Enfin, à l’échelle cosmique,on a recueilli les preuves indirectes de l’existencede gigantesques courants de particules(10 19 ampères !) véritables ponts entre amasde galaxies traduisant la présence de champstrès faibles d’environ 0,05 nT s’étirant surprès de 500 millions d’années-lumière.L’intensité d’un champ magnétique – ondevrait en toute rigueur parler d’inductionmagnétique – s’exprime en tesla (T). Le teslaétant une unité assez grande, on utilise parfoisle gauss (G) qui vaut 10 -4 tesla. Le tableau Idonne les ordres de grandeur de l’intensité dequelques champs remarquables.(1) Au cœur de la matière, il y a les atomes. Un atome estcomposé d’un noyau central positif, assemblage de protons etde neutrons et concentrant pratiquement toute la masse del’atome et d’un nuage périphérique négatif d’électrons.Lorsqu’un atome perd ou gagne un ou plusieurs électrons, ilprend le nom d’ion, positif ou négatif.(2) Avant d’aller plus loin, il faut toutefois bien comprendreque les effets des forces magnétiques, électriques et gravitationnellessont très différents. Un champ magnétique ne peutque faire dévier les particules, alors qu’un champ électriqueou gravitationnel peut en plus augmenter ou diminuer leurvitesse.