Etudier les étoiles pour percer l'énigme magnétique du Soleil
Publié par Michel le 09/07/2008 à 00:00
Source: CNRS / INSU
Iillustration: © Benjamin Brown
En mesurant le champ magnétique d'étoiles jumelles du Soleil, une équipe internationale d'astronomes (1) replace l'énigme magnétique solaire au sein du contexte plus riche des autres étoiles magnétiques. Pour ce faire, ils ont utilisé le spectropolarimètre NARVAL (2) installé au foyer du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité...) Berrnard Lyot (3) au Pic du Midi. Ils ont détecté une structure du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une...) identique à celle du Soleil (Soleils est une association à but humanitaire implantée sur le campus de Supélec (École Supérieure d'Electricité).) sur une 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.) en tous points similaire à notre astre. Sur 3 autres étoiles ayant les mêmes caractéristiques que le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) mais des vitesses de rotation plus rapides, les lignes du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique changent de configuration en s'enroulant sous forme de tore (Le terme tore a essentiellement deux acceptions distinctes, suivant les usages :) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de l'étoile, confirmant les modèles théoriques les plus récents. Ces résultats sont publiés dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


Prédiction théorique de la configuration magnétique d'une "toupie stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à...)",
tournant trois fois plus vite que le Soleil.
La rotation a pour effet d'enrouler les lignes de champ,
créant ainsi des tores magnétiques.

Tout en étant l'étoile la plus proche de nous, le Soleil est encore loin d'avoir livré tous ses secrets aux astronomes. Quelle est l'origine de son champ magnétique, responsable de ses taches sombres et de ses violentes phases éruptives ? Les multiples manifestations du Soleil magnétique se répercutent pourtant jusque dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...) terrestre, en provoquant des phénomènes tels que les aurores boréales, ou des perturbations électriques et radioélectriques de grande ampleur.

Face à ces enjeux, l'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...) d'autres étoiles peut apporter des contraintes observationnelles que le Soleil seul ne peut offrir. Le vaste laboratoire stellaire permet en effet d'utiliser les autres étoiles pour tester le comportement magnétique d'objets astrophysiques très similaires au Soleil, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en gagnant la possibilité de faire varier certaines de leurs caractéristiques simples (masse, âge, vitesse (On distingue :) de rotation) pour tester leur influence sur le champ magnétique créé. Cette nouvelle option est maintenant accessible aux astronomes grâce au spectropolarimètre NARVAL installé au foyer du télescope de 2m Bernard Lyot du Pic du Midi.

C'est ainsi que le champ magnétique de l'étoile 18 Sco a pu être étudié. Cette étoile, connue pour être le meilleur analogue du Soleil parmi les étoiles proches, est située à 46 années-lumière de nous, 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 par des lignes imaginaires, traçant ainsi une figure sur la voûte...) du Scorpion. Sa 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 gravitation...) est identique à celle du Soleil, de même que sa luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) et son âge, estimé à 4 milliards d'années environ. La similitude entre les deux astres va jusque dans la période de rotation (La période de rotation désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour faire un tour sur lui même. Par exemple, la Terre a une période de rotation d'environ 24 heures.), égale à 23 jours (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...) environ pour 18 Sco, contre 25 jours pour le Soleil. Le champ magnétique de 18 Sco, dévoilé par NARVAL, confirme son statut de meilleur jumeau (Littéralement, le terme jumeau se réfère à tous les individus (ou l'un de ceux-ci) qui ont partagé le même utérus et qui...) solaire, puisque sa géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types...) magnétique est très similaire à celle du Soleil au maximum de son cycle magnétique (observé pour la dernière fois aux alentours de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) 2000).

Forts de ce résultat, les chercheurs ont ensuite répété les observations pour trois autres étoiles, presque identiques au Soleil si ce n'est leur vitesse de rotation qui était jusqu'à trois fois plus rapide que la référence solaire. Il était ainsi possible d'utiliser les autres étoiles pour étudier l'effet d'un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) spécifique, la rotation, sur le champ magnétique. Ces nouvelles observations ont apporté une confirmation éclatante de travaux théoriques récents, en révélant que la géométrie des champs magnétiques stellaires se transforme radicalement quand les étoiles sont en rotation rapide, passant d'une distribution sous forme de pôles magnétiques (comme dans le Soleil) à un véritable enroulement (Un enroulement en électrotechnique est un conducteur électrique isolé bobiné (enroulé autour d'un support). Cet enroulement peut n'être constitué...) des lignes de champ autour de l'axe de rotation. La création de ce tore transforme ces soleils en rotation rapide en véritables toupies magnétiques !

Ce premier succès montre que les différentes théories du magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des charges électriques...) du Soleil peuvent maintenant être testées en observant des étoiles jumelles (On désigne par le terme jumelles un dispositif optique binoculaire grossissant destiné à l'observation d'objets à distance, constitué de deux lunettes...) du Soleil. Cette nouvelle connexion entre théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) et 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 procuré explique la très...) permet désormais de contraindre les modèles informatiques d'une façon que le Soleil seul ne peut nous offrir.


Notes:

(1) Equipe comprenant des chercheurs du Laboratoire d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des...) de Toulouse Tarbes (LATT: INSU-CNRS, Observatoire Midi-Pyrénées, 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 États-Unis, au moment où les...) Paul Sabatier), du Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en Astrophysique (LESIA: INSU-CNRS, Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des cartes pour la navigation. Il vient en complément de...), Universités Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la...) VI et VII) et du Max-Planck Institute for Solar-System Research (Katlenburg-Lindau).

(2) NARVAL a été financé par la Région Midi-Pyrénées, le Ministère de la Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...), le conseil Général des Hautes Pyrénées, l'Union Européenne (FEDER) et l'INSU-CNRS. La première lumière (L'expression première lumière désigne le moment où un télescope astronomique nouvellement installé reçoit et enregistre ses premiers photons venus du ciel. Les astronomes...) a été obtenue le 13 Nov 2006. Cet instrument est la réplique d'ESPaDOns installé au foyer du télescope de 3,6 m Canada-France-Hawaii.

(3) Le Télescope Bernard Lyot (TBL) est financé par l'INSU-CNRS.


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