Grâce aux observations issues du satellite Kepler, une équipe internationale, dirigée par le Center for Astrophysics (CfA-Harvard–Smithsonian, USA) et impliquant des chercheurs du Service d’Astrophysique-AIM (CNRS/CEA/Université Paris-Diderot), vient de détecter une vingtaine d'étoiles exactement analogues au Soleil dont l’âge a pu être estimé , et incluant 8 étoiles pouvant être considérées comme de véritables « jumeaux solaires ». Semblables en de nombreux points au Soleil (masse, rayon, âge), ces étoiles permettent de réaliser un panorama complet de l’évolution du Soleil au cours du temps. Ces éléments sont d’une importance majeure pour de futures missions spatiales étudiant les étoiles de notre galaxie, comme les satellites TESS (NASA) et PLATO (ESA). Ces résultats sont publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters du 10 juillet 2014.
L'âge des étoiles
L’étude des étoiles analogues au Soleil prend un tournant important au sein de la communauté scientifique lorsqu'en 1997 le premier « jumeau solaire » est identifié. Les étoiles analogues au Soleil sont des étoiles dont la masse et la composition chimique sont relativement proches de celles du Soleil alors que les « jumeaux solaires » sont des étoiles dont la masse est presque exactement celle du Soleil (par exemple comprise entre 0,95 et 1,05 masse solaire) et qui, de plus, sont considérées comme ayant un âge également très proche de celui de notre étoile. L'étude qui vient d'être publiée a permis la découverte d'une vingtaine d’étoiles analogues au Soleil, dont une dizaine de « jumeaux solaires » ce qui a permis de doubler le nombre connu auparavant.
Pour identifier des étoiles ayant des caractéristiques proches du Soleil, en particulier une masse et un rayon similaires, les astrophysiciens ont utilisé deux techniques différentes. La première est l'astérosismologie qui consiste à étudier les propriétés des ondes acoustiques qui se propagent dans les intérieurs stellaires et dont la fréquence dépend de la densité de l'étole et donc de sa masse et son rayon. La deuxième méthode repose sur des mesures du spectre des étoiles à partir desquelles il est possible de déduire précisément les conditions à la surface de l’étoile et en particulier sa température et sa gravité. Ces grandeurs sont alors comparées à des modèles numériques pour en déduire la masse et le rayon.
Grâce à ces deux méthodes, les chercheurs ont ainsi réussi à détecter une vingtaine d’analogues solaires, des étoiles de masse très proche du Soleil. Restait encore à déterminer leur âge car, à masse égale, une étoile peut être à différents stades d'évolution. Ainsi le Soleil est actuellement à la moitié de sa vie et finira par se transformer en une étoile massive qualifiée de « géante rouge », avant de refroidir longuement et de devenir une étoile naine peu brillante. Or, cette évolution s'étale sur des milliards d'années et est en partie régie par la manière dont le Soleil tourne sur lui-même, cette rotation induisant des modifications profondes de sa structure interne. Pour le Soleil, sa période de rotation est actuellement de 26 jours et elle augmente très lentement.
L’âge des étoiles mesuré grâce aux données du satellite Kepler. Les variations périodiques de luminosité des étoiles, dues aux passage des taches, permettent de mesurer une période de rotation qui augmente avec l’âge de l’étoile (à gauche). La comparaison avec les données de l’astérosismologie (à droite) a permis d’isoler les « jumeaux solaires », huit étoiles de masse et d’âge très proche de celui du Soleil (marquées par des croix). Crédits NASA
Les étoiles jeunes tournant plus vite que les étoiles plus âgées, la période de rotation est ainsi une indication de l'âge de l'étoile. Pour mesurer la rotation des étoiles étudiées ici, les astronomes ont utilisé les données du satellite Kepler (NASA) et analysé les variations de la luminosité moyenne émise par l’étoile due à l’assombrissent produit par le passage de taches stellaires (similaires à celles du Soleil) sur la surface du disque visible de l’étoile. La période de rotation de l’étoile est déduite à partir du temps de passage périodique de ces taches. Les résultats obtenus ont permis d'isoler ainsi 8 jumeaux solaires dont l'âge est assez proche de celui du Soleil. Ils ont confirmé également les relations empiriques entre l'âge et la rotation des étoiles pour des étoiles dites “du champ" c'est à dire n’appartenant pas à un amas d’étoiles. Ces relations étaient jusqu'ici uniquement validées jusqu’à présent pour des étoiles faisant partie d’amas d’étoiles jeunes. Ces nouvelles données et ces "jumeaux solaires" sont d’une importance majeure pour de futures missions spatiales comme la future mission PLATO de l'ESA dont le but est l'étude de systèmes planétaires similaires au système solaire avec la recherche de planètes comme la Terre en orbite autour d’étoiles proches.
Contact : Rafael GARCIA,
Publication :
"Rotation periods and ages of solar analogs and solar twins revealed by the Kepler mission"
J.-D. do Nascimento Jr., R. A. Garcıa, S. Mathur, F. Anthony, S. A. Barnes, S. Meibom, J.S. da Costa, M. Castro, D. Salabert and T. Ceillier
publié dans la revue Astrophysical Journal Letters (10 juillet 2014)
pour une version électronique : http://arxiv.org/abs/1407.2289
voir : le communiqué de presse commun CEA-CNRS-INSU
le communiqué de presse du Centre for Astrophysics (CfA)
voir aussi : Le site du Laboratoire Dynamique des Etoiles et de leur Environnement
Rédaction : R. Garcia, J.M. Bonnet-Bidaud
• Structure et évolution de l'Univers › Planètes, formation et dynamique des étoiles, milieu interstellaire
• Le Département d'Astrophysique (DAp) // UMR AIM
• Dynamique des Etoiles, des Exoplanètes et de leur Environnement
