Un motif universel pour les géantes rouges
Par Benje le dimanche, novembre 21 2010, 19:53 - Nouvelles Scientifiques - Lien permanent
Source: CNRS / INSU
Grâce aux données du satellite CoRoT [1] (Convection, Rotations et Transits planétaires) du CNES, une équipe internationale menée par des chercheurs du Laboratoire d'Études Spatiales et d'Instrumentation en Astronomie (Observatoire de Paris, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, Université Paris-Diderot) démontre que les étoiles géantes rouges, ce que deviendra le Soleil en fin de vie, partagent toutes une forte homologie de structure interne. Cela les distingue des étoiles naines, dont les diversités de structure sont bien plus importantes.
C'est par l'analyse des oscillations piégées dans les étoiles que CoRoT sonde leur intérieur. Vu le grand nombre
d'étoiles étudiées, jusqu'à présent les premiers travaux portent
essentiellement sur des paramètres décrivant les propriétés globales des
spectres d'oscillations. Parmi eux, une fréquence, appelée grande séparation [2],
est de prime importance: elle apparaît dans le spectre d'oscillation
comme intervalle régulier entre les fréquences propres de même degré.
Comme seules 4 familles de degrés (de 0 à 3) sont accessibles à la
mesure, un spectre d'oscillation serait, grâce aux observations
de CoRoT ininterrompues sur une longue durée, relativement simple à
interpréter, si des modes d'oscillations plus complexes, appelés modes
mixtes, ne venaient compliquer l'agencement régulier (Figure 1). La
plupart des spectres observés, de moindre qualité que celui présenté,
apparaissent en pratique difficilement compréhensibles.
L'examen de la grande séparation a montré dans un premier temps que le
millier de géantes rouges montrant des oscillations ressemblant à celles
mesurées sur le Soleil présentent des spectres d'oscillation très
semblables. Les dissemblances des spectres semblant fortuites,
uniquement dues au caractère aléatoire de l'excitation des ondes,
une technique a été imaginée pour les corriger et retrouver une
information moins bruitée. Après correction, il est alors prouvé que, à
un facteur d'échelle près, toutes les étoiles géantes oscillent sur le
même motif (Figure 2). Ceci met fortement en évidence l'homologie de
structure des géantes, contrairement aux étoiles naines.
Ce résultat est riche d'une très heureuse
conséquence. Avec l'identification de ce motif universel - car toutes
les étoiles géantes rouges qui présentent un spectre d'oscillation
suivent ce motif - l'identification des spectres d'oscillation devient
évidente. La mesure des fréquences propres d'oscillation et
l'identification des degrés angulaires et ordres radiaux permet alors
d'exploiter les spectres en détail. Les très petits écarts de fréquences
entre le motif universel mis en évidence et un spectre réel, qui
distinguent chaque étoile, peuvent être interprétés en physique stellaire
pour reconstruire la structure interne des géantes rouges (structure
du cœur radiatif, base de l'enveloppe convective, région de seconde ionisation de l'hélium...).
Notes:
[1] Lancé le 27 décembre 2006, CoRoT a été développé et est exploité par
l'Agence spatiale française (CNES) en lien avec ses partenaires
nationaux (Observatoire de Paris et CNRS-INSU) et internationaux
(Autriche, Allemagne, Belgique, Brésil, Espagne et l'Agence spatiale
européenne). CoRoT est équipé d'un télescope de 27 centimètres de diamètre, associé à une caméra composée de 4 détecteurs CCD (charge-coupled device), sensible aux très petites variations d'intensité lumineuse des étoiles.
[2] La grande séparation varie comme la racine carrée de la masse volumique de l'étoile. Les géantes rouges étant en moyenne
1 000 fois moins denses que le Soleil, leur grande séparation est une
trentaine de fois plus petite que celle du Soleil. Les valeurs mesurées
par CoRoT varient, selon le rayon stellaire (que l'on peut déduire des
mesures sismiques), de 0,6 à 10 millionième de Hertz (périodes entre 1
et 15 jours). Plus le rayon stellaire est grand, moins l'étoile est
dense, et plus graves sont les fréquences d'oscillation.