23 octobre 2008
Vibrations de sphères célestes
Découverte d'oscillations à la surface d'étoiles similaires au Soleil

Une équipe internationale conduite par l'observatoire de Paris et à laquelle ont participé des chercheurs du Service d'Astrophysique (Sap)  du CEA-Irfu, a pu observer, pour la première fois sans ambiguïté, des variations de luminosité correspondant à de très faibles oscillations à la surface d'étoiles de masses similaires à notre Soleil. Jusqu'ici, ces vibrations de surface  n'avaient été mesurées de façon précise que pour le Soleil.  Les résultats ont été obtenus grâce au satellite COROT, lancé le 27 décembre 2006, qui permet de mesurer la lumière émise par les étoiles avec une précision sans précédent.  Cette découverte, publiée dans la revue Science du 22 octobre 2008,  a permis de caractériser les amplitudes des vibrations et les propriétés de la convection, en particulier de la granulation, à la surface de ces étoiles.

 

Tremblements d'étoiles

L’astérosismologie est le domaine de recherche qui a pour objet l’étude de l’intérieur des étoiles à travers la caractérisation des modes d’oscillations qui s'y propagent. Les astérosismologues utilisent des techniques proches de celles utilisées par les sismologues sur Terre.

Il n’y a peu d'endroit de l’Univers plus difficile à observer directement que les intérieurs stellaires. En effet, ces derniers sont extrêmement opaques et la lumière ne peut pas nous en parvenir directement. A ce jour, les seules techniques pour les étudier directement et en continu reposent sur les ondes qui pénètrent plus ou moins profondément vers le centre des étoiles. Ces ondes nous apportent des informations sur les couches dans lesquelles elles se propagent.

Ces techniques ont été largement utilisées avec succès pour sonder l’intérieur du Soleil depuis sa surface jusqu'à son cœur (voir "Battements de coeur solaire") grâce aux réseaux des observatoires au sol et des satellites. En effet, la sismologie solaire ou stellaire a besoin de longues périodes d’observations continues et sans interruption par le cycle jour-nuit. En conséquence, seul un réseau d’observatoires placés à différentes longitudes autour de la Terre ou des missions spatiales ne subissant pas l'alternance jour-nuit peuvent fournir les données avec les qualités requises.

 

Le satellite CoRoT (COnvection, ROtation et Transits planétaires)  lancé avec succès le 27 décembre 2006, remplit ces conditions et a permis d’obtenir des données de qualité sans précédent.

Les trois étoiles observées dans cette étude sont des étoiles plus massives que le Soleil (avec des masses de 1,2 à 1,4 fois celle du Soleil) et sensiblement plus chaudes (avec des températures de 6400 à 6750K comparées aux 5800K du Soleil). Le maximum des oscillations acoustiques dans ces étoiles se trouve à environ 10 minutes, chiffre qui contraste avec le cas du Soleil où le maximum de puissance correspond a des oscillations de l'ordre de 5 minutes. Cette différence et ces premières donnée précises obtenues pour des étoiles autres que le Soleil vont donc pemettre pour la première fois de tester les différents modéles d'étoiles.

 
Vibrations de sphères célestes

Densité de puissance spectral des 3 étoiles de type solaire étudiées par le satellite CoRoT. Ces étoiles sont : HD49933 (A), HD181420 (B) et HD181906 (C). Les courbes noires sont les spectres des étoiles avec un excès de puissance qui correspond aux oscillations à la surface des étoiles (modes acoustiques). Les courbes jaunes représentent une moyenne lissée sur une large bande pour mieux mettre en évidence l’excès de puissance dû aux modes. Les courbes vertes représentent la contribution des inhomogénéités de surface (bruit convectif granulaire). Les lignes rouges représentent le niveau du bruit induit par l'instrument, ici tout a fait negligeable. Les courbes bleues représentent dans chaque cas la puissance due uniquement aux modes acoustiques. Les périodes de ces oscillations sont toutes proches de 10 minutes (échelle du haut)

L'essor de l'astérosismologie s'accompagne aujourd'hui d'un effort en modélisation stellaire qui est nécessaire pour interpréter les informations recueillies sur la rotation des étoiles, le champ magnétique ou les phénomènes microscopiques à l'oeuvre à l'intérieur des astres. Le nombre et la complexité des phénomènes physiques dans les intérieurs stellaires rendent les calculs sur ordinateur indispensables. Ces approches numériques permettent de mettre en évidence les éventuels écarts entre les prédictions de la physique stellaire et les informations sur l'intérieur des étoiles obtenues grâce aux ondes sismiques. Il est alors possible de mieux comprendre les points faibles des modèles de structure des étoiles et aussi de tester les nouvelles idées et développements théoriques.

 

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Publication :

"CoRoT measures solar-like oscillations and granulation in stars"
E. Michel et la collaboration CoRoT
dans la revue Science du 22 octobre 2008 (Science Express)
Pour une version électronique (format PDF, 376 Ko)

 

voir aussi : le communiqué du site de l'observatoire de Paris
 

voir aussi : - "Battements de coeur solaire" (4 mai 2007)

                 - "D'où vient le champ magnétique des étoiles ?" (1 février 2006)

 

                 -  La sismologie : Qu'est-ce que c'est ? A quoi cela sert-il ?

 
#2493 - Màj : 23/10/2008

 

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