L'Astérosismologie confirme que les étoiles plus anciennes tournent plus vite que prévu

Publié par Redbran le 26/04/2021 à 13:00
Source: CEA IRFU
Une équipe internationale incluant des chercheurs du département d'Astrophysique (DAp) du CEA/Irfu, travaillant en particulier au laboratoire Dynamique des Etoiles, des (Exo)planètes et de leur Environnement (LDE3) a pu démontrer que les étoiles tournent plus vite que prévu en vieillissant.

En utilisant des techniques d'astérosismologie (l'étude des étoiles grâce à la caractérisation de leurs modes d'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à...) par des méthodes sismiques), les chercheurs ont pu analyser pour la première fois un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) complet de 91 étoiles couvant des âges de 1 à 13 milliards d'années. Ces données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) confirment bien que les étoiles les plus âgées freinent moins efficacement leur rotation. Cette découverte apporte un nouvel éclairage sur l'évolution de la rotation des étoiles et devrait permettre de calculer plus exactement l'âge des étoiles. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 22 avril 2021.


Illustration de la rotation d'une étoile. Crédit: Mark Garlick / Université de Birmingham (L'Université de Birmingham (University of Birmingham ou Birmingham University) est la plus...)

Toutes les étoiles comme le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) naissent en rotation. En vieillissant, leur rotation ralentit en raison des vents magnétiques dans un processus appelé "freinage magnétique". Des recherches publiées en 2016 (avec une forte participation du DAp) ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) les premiers indices selon lesquels des étoiles à un stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe...) de vie (La vie est le nom donné :) similaire à celui du Soleil tournaient plus vite que les théories du freinage magnétique ne l'avaient prédite auparavant.

Les résultats de cette étude reposaient sur la mesure des taches sombres à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) des étoiles en les suivant au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure qu'elles se déplacent avec la rotation de l'astre. Bien que la méthode se soit avérée robuste pour mesurer la rotation dans les étoiles plus jeunes, les étoiles plus âgées que le Soleil ont moins de taches, ce qui complique la détermination de leur rotation. Pour contourner ces difficultés et augmenter les détections dans les cas où le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) est faible, des méthodes utilisant les techniques les plus modernes d'intelligence artificielle (L'intelligence artificielle ou informatique cognitive est la « recherche de moyens...) ont été développées (Breton et al. 2021). Ces nouvelles techniques ont permis d'avoir une vision complète de la rotation des étoiles jeunes et froides de l'échantillon observé par le satellite (Satellite peut faire référence à :) américain de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...) Kepler. Cependant, il fallait changer de méthodologie pour aller chercher la rotation des étoiles plus âgées.


Illustration des ondes sonores piégées à l'intérieur de l'étoile. Crédit: Gabriel Pérez (SMM/IAC)

C'est pour cette raison que, dans cette nouvelle étude publiée dans Nature Astronomy, les chercheurs ont utilisé une approche différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) pour confirmer que les étoiles âgées tournent plus vite que prévu. Ils ont utilisé l'astérosismologie pour calculer la rotation de l'étoile. Ce domaine d'étude relativement nouveau, et appliqué avec succès au Soleil, permet aux scientifiques de mesurer les oscillations causées par les ondes sonores piégées à l'intérieur de l'étoile. En mesurant les différentes caractéristiques de ces ondes, on peut sonder les étoiles, et déterminer leur taille ou leur âge. De plus, au fur et à mesure que l'étoile tourne, ces modes se divisent en différentes fréquences, certaines plus aiguës et d'autres plus graves (c'est à dire des fréquences plus hautes ou plus basses que la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) au repos). C'est un effet similaire au changement de son (fréquence) expérimenté quand une ambulance (Une ambulance est un véhicule permettant de transporter des personnes malades ou blessées vers un...) ou une voiture s'approche ou s'éloigne de vous. En mesurant cette différence de fréquence, il est possible de calculer le taux de rotation de l'étoile, aussi bien jeunes qu'âgées.

Bien que nous soupçonnions depuis 2016 que les étoiles plus anciennes tournent plus vite que ne le prédisent les théories du freinage magnétique, ces nouvelles données astérosismiques obtenues par le satellite Kepler sont les plus convaincantes à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) pour démontrer que ce "freinage magnétique affaibli" est effectivement à l'oeuvre dans les étoiles de faible masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) similaires au soleil.

Comprendre l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) complexe entre le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...), le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) et la rotation des étoiles constitue une des pierres angulaires de la compréhension de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) et de l'évolution des étoiles. Pour obtenir une vision complète et cohérente de ces mécanismes la combinaison (Une combinaison peut être :) des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...), de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) et des simulations numériques est nécessaire et en cours d'élaboration au CEA/Irfu/DAp/LDE3, en particulier dans le cadre de la préparation de la mission spatiale ESA M3 PLATO.

Contact:
Rafael A. García (S. Mathis et A. Strugarek)

Publications:
- Hall et al (2021). “New asteroseismic rotation rates of Kepler dwarfs show strong agreement with weakened magnetic braking on the late-age main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...) sequence”. Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-021-01335-x. https://dx.doi.org/10.1038/s41550-021-01335-x
- Breton et al (2021). “ROOSTER: a machine-learning analysis tool for Kepler stellar rotation periods” Astronomy & Astrophysics 647, A125. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039947
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