Des oscillations de type solaire sur une �toile massive d�tect�es par CoRoT

Des oscillations, de m�me nature que celles du Soleil, dans une �toile massive d�j� connue pour �tre un pulsateur classique, V1449 Aql (HD180642), viennent d��tre d�couvertes gr�ce au satellite CoRoT (1). Ces oscillations vont permettre d�obtenir une meilleure connaissance des prog�niteurs de supernovae, qui ont un impact important sur le milieu interstellaire ainsi que sur l��volution galactique. La sismologie de ces �toiles permettra �galement une meilleure compr�hension des processus hydrodynamiques dans des conditions extr�mes, le milieu stellaire �tant tr�s fortement stratifi� et turbulent.

Sismologie stellaire

Les �toiles sont des syst�mes physiques dont la description fait appel � une grande diversit� de processus physiques qui se produisent sur des �chelles spatiales, allant du microscopique au macroscopique et temporelles allant de la minute au milliard d�ann�es. Les conditions extr�mes que l�on rencontre dans ces objets en font des laboratoires sans �quivalent sur Terre.

L��volution des �toiles d�pend essentiellement de leurs masses. N�anmoins, cela d�pend �galement d�un grand nombre de m�canismes physiques se d�roulant en leur sein pendant la s�quence principale (c-a-d la phase de combustion centrale de l�hydrog�ne). Par exemple, le transport des �l�ments chimiques d�termine la taille du noyau d'h�lium et l��volution post-s�quence principale de l��toile. Les processus de transport tels que la turbulence ou encore ceux induits par la rotation sont actuellement mal compris et mod�lis�s. Des contraintes importantes sur ces processus physiques peuvent �tre obtenues � travers l'analyse des oscillations. En effet analyser les ondes sismiques qui agitent les �toiles permet de recueillir des informations sur leur structure interne. C�est un peu comme d�couvrir le son du violon et, � partir de l�, comprendre comment le corps du violon r�sonne et comment l�archet le stimule.

La d�couverte d'oscillations de type solaire

Le satellite spatial CoRoT qui a �t� lanc� avec succ�s le 27 d�cembre 2006, s�inscrit comme une avanc�e majeure dans ce contexte. Il a pour objectifs la recherche d'exo-plan�tes mais aussi l'observation continue sur de longues dur�es d'�toiles variables. Ces deux objectifs sont pleinement remplis et CoRoT permet maintenant d�aller bien au-del� avec la r�cente d�couverte d�oscillations de type solaire dans une �toile massive.

Des pulsations de grande amplitude, excit�es par une instabilit� thermique li�e au comportement de l�opacit� avec la temp�rature (le m�canisme � kappa �), sont connues depuis tr�s longtemps et pour un large �ventail d��toiles. Au contraire, les pulsations de tr�s faibles amplitudes, excit�es de mani�re stochastique (al�atoire) par la convection turbulente ont �t� d�tect�es il y a seulement 40 ans dans le Soleil et beaucoup plus r�cemment dans d�autres �toiles �quivalentes. N�anmoins, ces oscillations n'avaient jusqu'alors jamais �t� d�tect�es, ni m�me soup�onn�es dans une �toile massive de s�quence principale.

La pr�cision sans pr�c�dent des donn�es CoRoT nous a ainsi permis d�annoncer la d�tection d'oscillations de type solaire dans une �toile massive, V1449 Aql (HD180642). Cette �toile �tait d�j� identifi�e comme �tant une �toile de type Beta Cephei pr�sentant des pulsations classiques du type � kappa �. Il s'agit donc de la premi�re �toile pulsant � la fois comme une �toile massive et comme une �toile analogue � notre Soleil. Cette d�couverte est illustr�e sur la figure 1.

Ces oscillations de type solaire se distinguent clairement des oscillations de basse fr�quence par leur faible amplitude (quelques centaines de parties par million [ppm]) et par leur plus grande largeur (autrement dit par leur dur�e de vie beaucoup plus courte). Contrairement aux modes � kappa � de basse fr�quence qui sont tr�s coh�rents, ces modes sont excit�s par un processus turbulent et stochastique op�rant sur des �chelles de temps relativement courtes. Les comportements temporels de ces deux types de modes sont donc tr�s diff�rents, comme l'atteste l'analyse temps-fr�quence reproduite sur la figure 2.

Comme pour le Soleil, l'excitation des modes de type solaire d�tect�s dans cette �toile serait d�e � la convection turbulente. Mais les amplitudes observ�es sont pr�s de cent fois plus �lev�es que dans le Soleil. En effet, l'excitation prendrait place dans une r�gion plus profonde et donc plus dense que la r�gion d'excitation des modes solaires. Les �l�ments turbulents � l'origine de l'excitation y ont donc une �nergie cin�tique plus �lev�e que ceux � l'origine de l'excitation des modes solaires.

Perspectives

Cette d�couverte ouvre la voie vers une mod�lisation plus fine des �toiles massives, les pulsations de basses fr�quences sondant les r�gions les plus internes alors que les pulsations de hautes fr�quences sondent les couches externes et en particulier les r�gions convectives superficielles. Il s�agit d�un enjeu important car la convection reste un processus physique tr�s peu connu dans les �toiles. Mais bien au-del�, comprendre la convection turbulente est essentiel tant il s�agit d�un processus universel que l�on retrouve par exemple dans l�atmosph�re terrestre mais �galement dans les oc�ans.

Les r�sultats de cette d�couverte sont pr�sent�s dans la revue Science par des chercheurs fran�ais (Observatoire de Paris, LESIA, CNRS, Universit� Paris-Sud 11), belges (Universit� de Li�ge, AGO) et qu�b�cois (Universit� de Montr�al).


Note:

(1) La Mission spatiale CoRoT, lanc�e le 27 d�cembre 2006, a �t� d�velopp�e et est exploit�e par le CNES, avec la contribution de l�Autriche, la Belgique, le Br�sil, l�ESA (RSSD and Science Programme), l�Allemagne et l�Espagne.