Une équipe internationale de chercheurs, menée par le Service d’Astrophysique du CEA-Irfu, vient de mesurer avec précision la période de rotation et le degré d’activité magnétique de 310 étoiles de masses proches du Soleil, le plus grand échantillon jamais réuni. Ces mesures ont été obtenus par l’étude de faibles oscillations de luminosité des étoiles détectées par le satellite Kepler (NASA). Ces oscillations sont la manifestation d’ondes sismiques qui se propagent dans les intérieurs stellaires et leurs fréquences permettent d’évaluer l’âge et la vitesse de rotation des étoiles. L’étude a permis de confirmer avec précision le ralentissement des étoiles au fur et à mesure de leur évolution. Ces résultats, qui apportent un éclairage inédit sur cet aspect de l’évolution stellaire, sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics de décembre 2014.
Des étoiles à différents stades de leur évolution
Les chercheurs ont pu étudié un échantillon de 540 étoiles de masses proches de celle du Soleil à différents stades de leur évolution. Pour 310 étoiles, une vitesse de rotation a pu être estimée, variant de 1 à 100 jours. Le Soleil par exemple est au milieu de sa vie avec un âge de 4,5 miliards d'années et sa vitesse de rotation est de 25,4 jours.
Dans l'échantillon, les étoiles peuvent se classer en trois grands groupes distincts en fonction de leur température de surface et d'un paramètre sismique global, directement relié à leur structure interne. On observe ainsi trois groupes distincts : les étoiles les plus proches du Soleil (en terme de masse, rayon et température) et à la même étape de leur évolution (c'est à dire sur la Séquence principale qui correspondant à la fusion de l’hydrogène au cœur de l’étoile) ; les étoiles qui sont également sur la Séquence principale mais sensiblement plus massives que le Soleil (au-dessus de 1,3 fois la masse du Soleil) et les étoiles plus évoluées qui ont quitté la Séquence principale et ne fusionnent plus l’hydrogène dans leur cœur mais l'hélium.
La théorie prédit que ces trois groupes d’étoiles doivent avoir une évolution de leur rotation très différente. La distribution des vitesses de rotation mesurées dans les différents groupes a bien confirmé cette tendance. Plus précisément, les étoiles les plus massives de cet échantillon sont jeunes et tournent plus rapidement que celles proches du Soleil, moins chaudes et plus âgées. Quant aux étoiles plus évoluées, elles tournent globalement plus lentement et ont une gamme de périodes de rotation beaucoup plus étalée.
A gauche : La distribution des étoiles étudiées en fonction de leur température de surface et d'un paramètre sismique global, directement relié à leur structure interne. Les lignes marquent les étoiles de même masse. Trois groupes sont distingués par leur couleur : en bleu, les étoiles de masses proches de celle du soleil, en rouge les étoiles de masses plus élevées que le Soleil mais au même stade d’évolution et en vert les étoiles plus âgées, à un stade plus avancée de leur évolution
A droite : La répartition des vitesses de rotation différentes dans les trois groupes montrent que les étoiles plus âgées tournent plus lentement.
Parmi les étoiles proches du Soleil, quinze sont tout particulièrement intéressantes. La très grande qualité des observations sismiques a en effet permis de déterminer leur âge de façon extrêmement précise (à quelques % près), sans précédent pour des étoiles isolées du ciel c'est à dire qui ne font pas partie d’amas d'étoiles. La repartition de l'âge avec la période de rotation pour ces quinze étoiles montre que leur période de rotation varie très régulièrement en fonction de leur âge. La loi régissant ce ralentissement avait été déduite par le physicien A. Skumanich en 1972, grâce à l’étude de plusieurs amas d’étoiles. Le travail présenté ici montre pour la première fois sa validité pour un grand nombre étoiles durant tout leur évolution.
La période de rotation mesurée avec une grande précision pour quinze étoiles en fonction de leur âge. Pour ces étoiles, plus le Soleil, la ligne pleine correspond à la relation déduite de ces observations, qui confirme la manière dont les étoiles ralentissent régulièrement au cours de leur évolution.
Contact : Rafael GARCIA,
Publication :
"Towards asteroseismically calibrated age-rotation relations"
R. A. García, T. Ceillier, D. Salabert, S. Mathur, J. L. van Saders, M. Pinsonneault, J. Ballot, P. G. Beck, S. Bloemen, T. L. Campante, G. R. Davies, J.-D. do Nascimento Jr., S. Mathis, T. S. Metcalfe,
M. B. Nielsen, J. C. Suárez, W. J. Chaplin, A. Jiménez, and C. Karoff
publié dans la revue Astronomy & Astrophysics 572, A34 (2014)
voir aussi - Les jumeaux du Soleil (09 juillet 2014)
- Au coeur du Soleil (05 mai 2014)
Rédaction : R. Garcia, J.M. Bonnet-Bidaud
• Structure et évolution de l'Univers › Planètes, formation et dynamique des étoiles, milieu interstellaire
• Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) • Le Département d'Astrophysique // UMR AIM (DAp)
• Laboratoire Dynamique des Etoiles, des (Exo)planètes et de leur Environnement
