Les champs magnétiques dans l'Univers - astrosurf.com Champ... · Hale (1913) : Effet Zeeman duˆ a un champ global (` B ∼ 50 G) avec polarites oppos´ ees au N & au S´ Katia

IntroductionApercu observationnel

Conclusions

Les champs magnetiques dans l’Univers

Katia FERRIERE

Laboratoire d’Astrophysique de Toulouse,Observatoire Midi-Pyrenees, France

Ecole PROAM3La Rochelle, 26-29 octobre 2009

Katia FERRIERE Les champs magnetiques dans l’Univers


Conclusions

Outline

1 Introduction

2 Apercu observationnelPlanetesEtoilesGalaxiesAu-dela des galaxies

3 Conclusions



Conclusions

Outline

1 Introduction


3 Conclusions



Conclusions

Qu’est-ce qu’un champ magnetique ?

Champ gravitationnel

Champ electrique

Champ magnetique



Conclusions

Lignes de champ magnetiques



Conclusions

PlanetesEtoilesGalaxiesAu-dela des galaxies

Outline

1 Introduction


3 Conclusions



Conclusions


Outline

1 Introduction


3 Conclusions



Conclusions


Le champ magnetique de la Terre

Decouverte

Gilbert (1600) :Phenomene de boussole→ La Terre est un gigantesque aimant

Lente derive des poles magnetiques (∼ 10 km/an)

Inversions du champ magnetique (∼ 200 000 ans)

Fluide conducteur dans le noyau externe- trop chaud pour entretenir aimant permanent- courants electriques source de champ magnetique



Conclusions


Le champ magnetique de la Terre

Caracteristiques principales

~B approximativement dipolaire

Axe du dipole incline de 10.2

mais Nmag→ Sgeo

Bsurf ∼ 0.5 G∼ 0.3 G a l’equateur∼ 0.6 G aux poles

1 G= 10−4 T



Conclusions


La magnetosphere de la Terre

Aurore boreale en Alaska

Aurore australe en Antarctique



Conclusions


Le champ magnetique de Jupiter

Decouverte

Drake (1959) : Emission radio synchrotron de Jupiter

Pioneer 10 (1973) : Detection in situ d’un champ intense & etendu


~B approximativement dipolaire

Axe du dipole incline de ∼ 10

et Nmag→ Ngeo

MJ ∼ 20 000ME

Bsurf ∼ 4 G



Conclusions


Champ magnetique des planetes exterieures



Conclusions


Magnetosphere des planetes exterieures



Conclusions


Champ magnetique des planetes interieures

Mercure

Mariner 10

Venus

Mariner 10

Mars

Mars Global Surveyor



Conclusions


Synthese

Mercure Venus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune

d [UA] 0.39 0.72 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30

RP [km] 2 440 6 050 6 380 3 400 71 400 60 330 25 560 24 760

Trot [jr] 59 -243 1.0 1.03 0.41 0.44 -0.72 0.67

Bsurf [G] ∼ 0.003 ∼ 0.5 ∼ 4 ∼ 0.2 ∼ 0.2 ∼ 0.2

Bdip [G] 0.003 0.31 4.3 0.22 0.23 0.14

1 G= 10−4 T



Conclusions


Outline

1 Introduction


3 Conclusions



Conclusions


Le champ magnetique du Soleil

Decouverte

Harriot (1610)Fabricius, Galilee, Scheiner (1611) :Observations telescope de taches solaires→ rotation du Soleil

Schwabe (1843) :Cycle des taches solaires (T ' 11 ans)

GONG

Hale (1908) : Effet Zeeman dans une tache solaire (Btache∼ 3 kG)

Hale (1913) : Effet Zeeman du a un champ global (B ∼ 50 G)avec polarites opposees au N & au S



Conclusions


Effet Zeeman



Conclusions


Taches solaires

Btache∼ (2− 4) kG

Paires de taches solaires – polarites opposees→ tubes de flux emergeant localement

Polarites opposees au N & au S→ comme champ global

Inversion des polarites a chaque cycle de taches⇒ Cycle magnetique complet ' 22 ans

TRACE



Conclusions


Le champ magnetique du Soleil


B ∼ (1− 2) G

Morphologie globale- a peu pres dipolaire

au minimum solaire- plus isotrope

au maximum solaire

Inversion des polaritesa chaque cycle de taches⇒ Cycle magnetique

complet ' 22 ans

Eclipse solaire (03/11/1994) (HAO)

Eclipse solaire (15/02/1980) (HAO)



Conclusions


L’heliosphere



Conclusions


Le champ magnetique des etoiles massives

Decouverte

Babcock (1947) : Effet Zeeman dans etoile Ap (B‖ ∼ 1.5 kG)

Seules les etoiles p ont un champ global


B ∼ qqes kG

Morphologie generalement simple

Stabilite temporelle – pas de cycle

Tau Scorpii

Magnetic field reconstruction based on ESPaDOnS data



Conclusions


Le champ magnetique des etoiles peu massives

Decouverte

Effet Zeeman

Toutes ont un champ global


B ∼ (1− 100) G

B augmente avec Ω

Morphologie parfois complexe

Variabilite temporelle

SU Aurigae

Magnetic field reconstruction based on ESPaDOnS & NARVAL data



Conclusions


Le champ magnetique des etoiles degenerees

Naines blanches magnetiquesPolarization circulaire du continu thermique B ∼ (5× 106 − 5× 108) G

Etoiles a neutronsDetection de raies cyclotron B ∼ qqes 1012 G

Pulsars radioTaux de ralentissement B ∼ (1011 − 1013) G (95%) – B ∼ (108 − 109) G (5%)



Conclusions


Outline

1 Introduction


3 Conclusions



Conclusions


Le champ magnetique de la Voie Lactee

Observations

Hall, Hiltner (1949) : Polarization de la lumiere stellaire

Effet Zeeman

Rotation de Faraday

Emission synchrotron

[Figure from Ponthieu & Lagache (2004)]

~B



Conclusions


Le champ magnetique de la Voie Lactee


B ∼ (5− 10)µG

~B horizontal (parallele au disque)

Les lignes de champ s’enroulentautour du centre Galactique

Inversions de sens

Forme spirale (?)

Voie Lactee

Image credit: NASA/JPL-Caltech



Conclusions


Le champ magnetique des autres galaxies

Observations


Rotation de Faraday

Toutes les spirales ont un champ organise a grande echelle

Les elliptiques ont un champ chaotique a petite echelle


B ∼ qqesµG

Spirales vues par la tranche → ~B horizontal (parallele au disque)Spirales vues de face → ~B suit les bras spiraux



Conclusions


Le champ magnetique des autres galaxies

NGC 891

CFHT

M51

HST



Conclusions


Outline

1 Introduction


3 Conclusions



Conclusions


Le champ magnetique des amas de galaxies

Observations

Rotation de Faraday


Les amas ont un champintergalactique chaotique

B ∼ (0.1− qqes)µG

Amas de Coma

HST (Image credit: NASA)



Conclusions


En dehors des amas & superamas

???

Limites superieures uniquement

Anisotropies dans le FDC B . 10−8 G

Nucleosynthese primordiale B . 10−6 G

Fond diffus cosmologique

WMAP



Conclusions

Outline

1 Introduction


3 Conclusions



Conclusions

Tableau de synthese

Taille [cm] Intensite magnetique [G]

Petit aimant 10 102

Appareil IRM 102 103 − 104

Planete 109 − 1010 1

Etoile peu massive 1011 1Etoile massive qqes 1011 qqes 103

Etoile a neutrons 106 qqes 1012

Galaxie 1023 qqes 10−6

Amas de galaxies 1025 qqes 10−7

1 G= 10−4 T


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