Une énigme sur la pulsation désordonnée d'étoiles résolue

Publié par Adrien le 14/05/2020 à 13:00
Source: NASA
Des astronomes ont compris les schémas de pulsation de dizaines d'étoiles jeunes et en rotation rapide grâce aux données du satellite Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA. La découverte révolutionnera la capacité des scientifiques à étudier des détails comme l'âge, la taille et la composition de ces étoiles - tous membres d'une classe nommée du nom 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 l'étoile la plus proche de la Terre.) brillante Delta Scuti.

"Les étoiles Delta Scuti pulsent avec des schémas de pulsations qui avaient jusqu'à présent défié la compréhension", a déclaré Tim Bedding, professeur d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue...) à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Sydney. "Pour utiliser une analogie musicale, de nombreuses étoiles pulsent le long d'accords simples, mais les étoiles Delta Scuti sont complexes, avec des notes qui semblent être mélangées. TESS nous a montré que ce n'était pas vrai pour toutes."

Un article décrivant les résultats, dirigé par Bedding, paraît dans le numéro du 14 mai de la revue Nature.

Pulsations d'une étoile de classe Delta Scuti. L'étoile change de luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) lorsque des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de...) sonores internes à différentes fréquences provoquent l'expansion et la contraction de certaines parties de l'étoile. Dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), l'étoile entière se dilate et se contracte, tandis que dans un second temps, les hémisphères opposés gonflent et rétrécissent de manière désynchronisée. Les variations de pulsations peuvent informer les astronomes sur l'âge, la composition et la structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une...) de l'étoile. Les variations de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) observées par les astronomes dépendent également de la façon dont l'axe de rotation de l'étoile s'oriente vers nous. Les étoiles Delta Scuti tournent si rapidement qu'elles s'aplatissent en ovales, ce qui brouille ces signaux et les rendent plus difficiles à décoder. Désormais, grâce au satellite (Satellite peut faire référence à :) TESS de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme spatial des États-Unis...), les astronomes arrivent à déchiffrer certains de ces signaux.
Crédits: Goddard Space Flight Center de la NASA

Les ondes sonores traversent l'intérieur d'une étoile à des vitesses qui changent avec la profondeur, et elles se combinent toutes en motifs de pulsation à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) de l'étoile. Les astronomes peuvent détecter ces motifs comme de minuscules fluctuations de luminosité et les utiliser pour déterminer l'âge, 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...), la composition, la structure interne et d'autres propriétés de l'étoile.

Les étoiles Delta Scuti représentent entre 1,5 et 2,5 fois la 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...) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la...). Elles sont nommées d'après Delta Scuti, une étoile visible à l'œil nue située dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie...) de l'Écu de Sobieski qui a été identifiée pour la première fois comme variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une variable...) en 1900. Depuis lors, les astronomes ont identifié des milliers d'autres étoiles comme Delta Scuti, beaucoup avec le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son homologue terrestre...) Kepler de la NASA.

Mais les scientifiques ont eu du mal à interpréter les pulsations des étoiles Delta Scuti. Ces étoiles tournent généralement une ou deux fois par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...), soit au moins une douzaine de fois plus vite que le Soleil. La rotation rapide aplatit les étoiles à leurs pôles et brouille les modèles de pulsation, les rendant plus compliqués et difficiles à déchiffrer.


Les ondes sonores qui rebondissent à l'intérieur d'une étoile la font se dilater et se contracter, ce qui entraîne des changements de luminosité détectables. Cette animation représente un type de pulsation Delta Scuti - appelé mode radial - qui est induite par des vagues (flèches bleues) se déplaçant entre le noyau de l'étoile et sa surface. Une étoile peut pulser dans de nombreux modes différents, créant des motifs complexes.
Crédits: Goddard Space Flight Center de la NASA

Pour déterminer s'il existe un ordre dans les pulsations apparemment chaotiques des étoiles Delta Scuti, les astronomes doivent observer un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'étoiles avec un échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante en métrologie : lorsqu'on ne peut pas saisir un événement dans son ensemble, il faut effectuer des mesures en nombre...) rapide. TESS surveille de grandes étendues de ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), prenant une image complète toutes les 30 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...) avec chacune de ses quatre caméras. Cette stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) d'observation (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...) permet à TESS de suivre les changements de luminosité stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces...) causés par les planètes passant devant leurs étoiles, ce qui est sa mission principale, mais les expositions d'une demi-heure sont trop longues pour capturer les modèles des étoiles Delta Scuti à pulsations plus rapides. Ces changements peuvent se produire en quelques minutes.

Mais TESS capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui passe au voisinage d'un astre, est retenu dans la gravisphère de ce dernier. La capture de...) également des instantanés de quelques milliers d'étoiles présélectionnées - y compris certaines étoiles Delta Scuti - toutes les deux minutes. Lorsque Bedding et ses collègues ont commencé à trier les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...), ils ont découvert un sous-ensemble (En mathématiques, un ensemble A est un sous-ensemble ou une partie d’un ensemble B, ou encore B est sur-ensemble de A, si tout élément du sous-ensemble A est aussi...) d'étoiles Delta Scuti possédant des motifs de pulsations réguliers. Une fois qu'ils ont su quoi chercher, ils ont recherché d'autres cas dans les données de Kepler. Ils ont également effectué des observations de suivi avec des télescopes au sol, dont un à l'observatoire Keck à Hawaï (Hawaï ou Hawaii (en hawaïen : Hawai‘i ; en anglais : Hawaii) est un État des États-Unis situé dans l'océan Pacifique, à environ 3 900 kilomètres au...) et deux dans le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node) l'extrémité...) mondial de l'observatoire de Las Cumbres. Au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une...), ils ont identifié un lot de 60 étoiles Delta Scuti avec des motifs clairs.

"C'est vraiment une découverte. Nous avons maintenant une série régulière de pulsations pour ces étoiles que nous pouvons comprendre et comparer avec des modèles", a déclaré le co-auteur Simon Murphy, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les...) postdoctoral à l'Université de Sydney. "Cela va nous permettre de mesurer ces étoiles en utilisant l'astérosismologie d'une manière que nous n'avons jamais pu faire. Mais cela nous a également montré que ce n'est qu'un tremplin dans notre compréhension des étoiles Delta Scuti."

Les données ont déjà aidé à régler un débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées, réflexions ou opinions divergentes pour le sujet...) sur l'âge d'une étoile, appelée HD 31901, membre d'un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme...) d'étoiles récemment découvert. Les scientifiques ont placé l'âge du flux global à 1 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...) d'années, en fonction de l'âge d'une géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la séquence...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) qu'ils soupçonnaient appartenir au même groupe. Une estimation ultérieure, basée sur les périodes de rotation des autres membres du flux stellaire, a suggéré un âge d'environ 120 millions d'années seulement. L'équipe de Bedding a utilisé les observations TESS pour créer un modèle astérosismique de HD 31901 qui trancherait en faveur de l'âge le plus jeune.

Écoutez le rythme des pulsations de l'étoile HD 31901. Le son est accéléré 54 000 fois. Les étoiles Delta Scuti sont connues depuis longtemps pour leurs pulsations apparemment aléatoires, mais les données de TESS montrent que certaines, comme HD 31901, ont des motifs plus ordonnés.
Crédits: Goddard Space Flight Center de la NASA et Simon Murphy, Université de Sydney

L'équipe pense que leur ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) de 60 étoiles présentent des motifs clairs car elles sont plus jeunes que les autres étoiles Delta Scuti. Les pulsations se produisent plus rapidement dans les étoiles naissantes. À mesure que les étoiles vieillissent, la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on...) des pulsations ralentit et elles se confondent avec d'autres signaux.

Aussi, les calculs théoriques prédisent que les modèles de pulsation d'une étoile en rotation devraient être plus simples à déterminer lorsque son pôle de rotation nous fait face au lieu de son équateur. L'ensemble de données de TESS comprenait environ 1 000 étoiles Delta Scuti, ce qui signifie que certaines d'entre elles, par hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque efficient, sinon de causes, au moins d'une reconnaissance de cause à effet d'un événement.), doivent être bien positionnées par rapport à nous.

Les scientifiques continueront de développer leurs modèles sachant que TESS commencera à prendre des images complètes toutes les 10 minutes au lieu de toutes les demi-heures à partir de juillet.
Cet article vous a plus ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.022 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique