Le plus ancien jumeau solaire identifié

Publié par Michel le 29/08/2013 à 00:00
Source: ESO
Une équipe internationale conduite par des astronomes au Brésil a utilisé le Très Grand Télescope de l'ESO pour identifier et étudier le plus ancien jumeau solaire connu à ce jour. Située à 250 années-lumière de la Terre, l'étoile HIP 102152 ressemble bien plus au Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) que tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) autre jumeau (Littéralement, le terme jumeau se réfère à tous les individus (ou l'un de...) solaire - hormis le fait qu'elle est plus âgée d'environ quatre milliards d'années. Ce jumeau plus âgé, mais quasiment identique, nous offre une occasion sans précédent d'imaginer le Soleil à un âge avancé. Les nouvelles observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) révèlent également l'existence d'un lien évident entre l'âge d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) et son contenu en lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.), et suggèrent par ailleurs que HIP 102152 doit être entourée de planètes rocheuses terrestres.


Cette image reproduit la vie d'une étoile semblable au Soleil, depuis sa naissance à gauche du cadre jusqu'à son stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe...) de géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) dans la partie droite. A gauche, l'étoile apparaît sous la forme d'une protoétoile, entourée d'un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une...) poussiéreux de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) lors de sa formation. Elle devient ensuite une étoile semblable à notre Soleil. Après avoir passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...) la majeure partie de sa vie sous cette forme, l'étoile commence à chauffer progressivement, augmentant de volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) et rougissant de plus en plus jusqu'à ce qu'elle se transforme en géante rouge.
A la fin de ce stade, l'étoile expulsera ses enveloppes extérieures dans l'espace environnant et deviendra une nébuleuse planétaire (En astronomie, une nébuleuse planétaire est un objet astronomique qui ressemble à un...). Progressivement, le cœur de l'étoile se refroidira et donnera lieu à un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) massif (Le mot massif peut être employé comme :) et de petite taille baptisé naine blanche (Une naine blanche est un objet céleste gazeux issu de l'évolution d'une étoile de...).
Cette image a pour seule vocation d'illustrer les différentes étapes de cette évolution ; les âges, les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) et les couleurs sont approximatifs (pas à l'échelle). La protoétoile, à l'extrémité gauche de cette image, peut être 2000 fois plus grande que notre Soleil. La géante rouge, à l'extrémité droite de cette image, peut être 100 fois plus grosse que le Soleil.
Crédit: ESO/M. Kornmesser. Cliquer pour agrandir

Les astronomes observent le Soleil au moyen de télescopes depuis 400 ans seulement - une période très courte comparée à l'âge du Soleil, supérieur à quatre milliards d'années. Il est très difficile de connaître l'histoire et l'évolution future de notre étoile, toutefois, la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) des rares étoiles quasiment semblables à notre soleil, mais à différents stades de leur existence, permet d'y parvenir. Les astronomes sont récemment parvenus à identifier une étoile jumelle de notre Soleil, mais plus âgée de quatre milliards d'années - ce qui équivaut à observer le paradoxe des jumeaux (En physique, le paradoxe des jumeaux (parfois appelé paradoxe de Langevin) est une...) en pleine action (1).

Jorge Melendez (Université de Sao Paulo, Brésil), leader de l'équipe et co-auteur du nouvel article, nous explique que "durant des dizaines d'années, les astronomes ont recherché des jumeaux solaires afin de mieux connaître notre Soleil, source de vie. Mais très peu de découvertes ont suivi la toute première, en 1997. Le VLT nous livre aujourd'hui des spectres de superbe qualité, ce qui nous permet d'étudier les jumeaux solaires dans les moindres détails et de comprendre la raison pour laquelle le Soleil est une étoile si particulière."

L'équipe a étudié deux jumeaux solaires (2) - l'un présumé plus jeune que le Soleil (18 Scorpii), l'autre supposé plus âgé (HIP 102152). Elle a utilisé le spectrographe UVES installé sur le Très Grand Télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) (VLT) à l'Observatoire de Paranal de l'ESO afin de décomposer la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) dans ses différentes couleurs puis d'étudier en détail la composition chimique et d'autres propriétés ce ces étoiles.

Ils ont découvert que l'étoile HIP 102152 dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte...) du Capricorne constitue le jumeau solaire le plus âgé découvert à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...). Son âge est estimé à 8,2 milliards d'années, celui de notre Soleil à 4,6 milliards d'années. Par ailleurs, l'étoile 18 Scorpii s'est révélée être plus jeune que le Soleil - âgée d'environ 2,9 milliards d'années.

L'étude du vieux jumeau solaire HIP 102152 permet aux scientifiques de prévoir l'avenir de notre propre Soleil, ce à quoi il ressemblera à cet âge. Et ils sont d'ores (ORES, l'Opérateur des Réseaux Gaz & Électricité est le l'opérateur des...) et déjà parvenus à une découverte majeure. "Nous voulions entre autres choses aborder la question de la composition du Soleil", nous confie Jorge Melendez. "Celle-ci est-elle typique ? Plus important encore, pourquoi son contenu en lithium est-il si faible ?"

Le lithium, troisième élément de la classification périodique, a été créé lors du Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a...), en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) que l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...). Durant des années, les astronomes se sont demandés pourquoi certaines étoiles semblent moins riches en lithium que d'autres. Les nouvelles observations de HIP 102152 ont permis aux astronomes de franchir un pas important vers la résolution de ce mystère, en pointant l'existence d'une étroite relation entre l'âge d'une étoile de type Soleil et son contenu en lithium.

A l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur...) actuelle, notre Soleil ne renferme plus qu'1% du lithium contenu dans la matière dont il est issu. Les examens de jumeaux solaires plus jeunes ont révélé que ces derniers referment de bien plus grandes quantités de lithium mais jusqu'à présent, les scientifiques n'étaient pas en mesure d'établir une corrélation directe entre l'âge d'une étoile et son contenu en lithium (3).

TalaWanda Monroe (Université de Sao Paulo), auteur principal de l'article, conclut ainsi: "Nous avons découvert que HIP 102152 contenait très peu de lithium. Cela montre clairement, et pour la toute première fois, que les jumeaux solaires plus âgés sont effectivement constitués d'une plus faible proportion de lithium que notre Soleil ou les jumeaux solaires plus jeunes. Nous pouvons en déduire avec certitude que les étoiles détruisent leur lithium à mesure qu'elles vieillissent." (4)

Cette étude fait ressortir un dernier élément, pour le moins important: HIP 102152 est caractérisée par une composition chimique quelque peu inhabituelle, qui la différencie de la plupart des autres jumeaux solaires, à l'exception du Soleil. Tous deux présentent en effet une déficience en éléments qui abondent dans les météorites et sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). Cela incite à penser que HIP 102152 abrite certainement des planètes rocheuses de type terrestre (5)

Notes:

(1) Beaucoup d'entre nous ont entendu parler du paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un...) des jumeaux: un jumeau identique effectue un voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel...) dans l'espace et, à son retour sur Terre, paraît plus jeune que ses frères et soeurs. Bien qu'il ne soit pas question ici de temps de parcours, ces deux étoiles très similaires sont observées à des âges bien distincts - il s'agit là d'instantanés du Soleil à différentes époques de sa vie.

(2) Les jumeaux solaires, les analogues solaires et les étoiles de type solaire constituent des catégories d'étoiles classées en fonction des similitudes qu'elles présentent avec notre Soleil. Les jumeaux solaires sont les étoiles les plus semblables à notre Soleil, en termes de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...), de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) et d'abondances chimiques. Les jumeaux solaires sont rares mais les autres classes d'étoiles, qui diffèrent davantage de notre Soleil, sont plus courantes.

(3) De précédentes études ont suggéré que le contenu en lithium d'une étoile pouvait également être affecté par l'existence de planètes géantes (eso0942, eso0118, article dans Nature). Toutefois, ces résultats ont fait l'objet d'âpres discussions.

(4) Le mode de destruction du lithium à l'intérieur des étoiles demeure incertain à ce jour. Plusieurs processus de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) du lithium de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) vers les couches internes d'une étoile, où il est détruit, ont toutefois été proposés.

(5) Le fait qu'une étoile contienne une plus faible quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'éléments constitutifs des corps rocheux suggère qu'elle est vraisemblablement entourée de planètes rocheuses de type terrestre - ce type de planètes emprisonne ces éléments lors de leur formation au sein du disque protoplanétaire (Les étoiles se forment à partir d'un nuage de gaz et de poussières dont la partie centrale...), en effet. L'hypothèse selon laquelle HIP 102152 abrite de telles planètes se trouve renforcée par les mesures de vitesse (On distingue :) radiale de cette étoile effectuées au moyen du spectrographe HARPS de l'ESO - ces mesures indiquent qu'aucune planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) géante n'occupe la zone habitable (En astronomie, une zone habitable (ZH) est une région de l'espace où les conditions sont...) de cette étoile. D'où la possible existence de planètes de type Terre autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de HIP 102152. Dans les systèmes constitués de planètes géantes orbitant à proximité de leur étoile, les chances de trouver des planètes terrestres sont plus faibles, car les trajectoires de ces petits corps rocheux sont perturbées.
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