La dynamique atmosphérique des AGB dévoilée par Gaia grâce aux simulations numériques
AGB  Gaia 
Publié par Adrien le 10/12/2018 à 08:00
Source: CNRS-INSU
Le satellite Gaia a livré en avril 2018 des mesures astrométriques de haute précision pour plus d'un milliard de sources dont les AGB, étoiles de masse faible à intermédiaire qui ont évoluées vers la branche asymptotique des géantes. Leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) est constituée d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) de choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) qui sont produites à leur intérieur et qui sont façonnées par le haut de la zone convective lorsqu'elles voyagent vers l'extérieur. En collaboration avec des scientifiques suédois, des chercheurs du laboratoire LAGRANGE (OCA, CNRS/Université Côte d'Azur) ont prouvé que la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) complexe des AGB, cause d'asymétries en luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.), affectent la position mesurée par Gaia. Il s'agit du premier résultat de Gaia sur la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général...) des AGB.


Fig 1. Exemple de carte d'intensité pour un instantané d'une simulation.
Les étoiles de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) faible à intermédiaire évoluent vers la branche asymptotique des géantes (AGB), ce qui augmente la perte de masse au cours de cette évolution. Elles sont caractérisées par: (i) des variations de grande amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) du rayon, de la luminosité et de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) de surface ; et (ii) par un fort taux de perte de masse entraîné par une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) entre la pulsation, la formation de la poussière et la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) radiative sur cette dernière. Leur dynamique complexe affecte les mesures et amplifie les incertitudes sur les paramètres stellaires.

Très récemment (Gaia DR2 en avril 2018), le satellite Gaia (Le satellite Gaia est une mission astrométrique de l'Agence spatiale européenne (ESA) devant observer plus d'un milliard d'objets jusqu'à la magnitude 20. En...) a livré des mesures astrométriques (positions, parallaxes et mouvements propres) de haute précision pour plus d'un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) de sources. Parmi tous ces objets, les étoiles AGB sont affectées par la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en informatique...) de leur dynamique atmosphérique qui peut affecter la position du photocentre et, à son tour, leurs parallaxes.

La surface visible des AGB est faite d'ondes de choc qui sont produites à leur intérieur et qui sont façonnées par le haut de la zone de convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson des pâtes, l'eau se met en...) lorsqu'elles voyagent vers l'extérieur. Quelques grandes cellules convectives (avec une longue durée de vie) recouvrent la surface. Elles sont accompagnées par des structures à plus petite échelle avec une durée plus courte.


Fig 2. Position du photocentre calculée pour une simulation dans le filtre de la bande de Gaia. Les différents instantanés sont reliés par des segments de ligne. Les lignes pointillées en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) se croisent à la position du centre géométrique.
En présence d'asymétries de luminosité, la position du photocentre ne coïncide pas avec le barycentre (Le barycentre est un point mathématique (géométrie analytique) construit à partir d'un ensemble d'autres. Il correspond) de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est...) et change au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure que le motif convectif évolue avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Afin de quantifier ces mouvements, il faut s'appuyer sur une approche théorique basée sur les simulations hydrodynamiques multidimensionnelles (et en particulier en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.), 3D) du mouvement du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) dans les couches atmosphériques des étoiles, couplé avec la radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une...). Dans ces modèles, la totalité de l'enveloppe de l'étoile est simulée, au cours du temps. Nous avons calculé le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En architecture...) du photocentre dans les simulations et comparé avec l'incertitude de mesure sur la parallaxe (La parallaxe est l'incidence du changement de position de l'observateur sur l'observation d'un objet.) d'un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents...) d'étoiles AGB dans le voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la continuité en tout point. En revanche,...) solaire (source Gaia DR2). Nous avons trouvé un bon accord avec les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...), ce qui suggère que la variabilité liée à la convection explique en grande partie l'erreur de parallaxe. En plus, nous avons montré que, dans les simulations, des déplacements plus amples du photocentre correspondent à des périodes de pulsation plus longues. Par conséquence, les variations de parallaxe sur les mesures de Gaia pourraient être exploitées pour extraire les paramètres fondamentaux de ces étoiles. Il s'agit du premier résultat de Gaia sur la physique des AGBs.

Les AGB apportent une contribution importante à l'enrichissement chimique des galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres...) parce qu'elles perdent d'énormes quantités de leur masse. La convection vigoureuse qui les caractérise pourrait être à la base du mécanisme de la perte de masse et seules les simulations hydrodynamiques peuvent aider les astronomes à comprendre pleinement tous les processus physiques que le caractérise.
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