Des étoiles pulsantes aux rythmes réguliers

Étudier la structure interne et la dynamique des étoiles est essentiel à la fois pour mieux comprendre leur formation et leur évolution, mais également pour rechercher des exoplanètes. Au cours des dernières années, le domaine de l’astérosismologie — dont le but est l’étude des modes de vibration des étoiles — s’st développé dans cet objectif. Si de nombreux types d’étoiles ont pu être sondés grâce à cette discipline, les étoiles variables de type Dela Scutti échappaient encore aux astrophysiciens. Mais récemment, une équipe internationale a utilisé avec succès l’astérosismologie pour identifier avec précision les modes de pulsation réguliers d’une soixantaine d’étoiles de type Delta Scutti.

L’équipe internationale a utilisé les données du satellite TESS de la NASA, un télescope spatial principalement utilisé pour détecter les exoplanètes autour de certaines des étoiles les plus proches de la Terre. Il a fourni à l’équipe des mesures de luminosité de milliers d’étoiles, leur permettant d’en trouver 60 dont les pulsations étaient significatives. L’étude a été publiée dans la revue Nature.

Les résultats sont une contribution importante à notre compréhension globale de ce qui se passe à l’intérieur des milliards d’étoiles à travers le cosmos. Les étoiles de taille intermédiaire en question — environ 1.5 à 2.5 fois la masse du Soleil — sont appelées étoiles variables de type Delta Scuti, nommées d’après une étoile variable de la constellation du Bouclier. Lors de l’étude des pulsations de cette classe d’étoiles, les astronomes avaient précédemment détecté de nombreuses pulsations, mais n’avaient pu déterminer aucun motif clair.

La détection de modes de pulsation réguliers dans plusieurs étoiles de type Delta Scutti

L’équipe d’astrophysiciens a signalé la détection de modes de pulsation à haute fréquence remarquablement réguliers dans 60 étoiles Delta Scuti, allant de 60 à 1400 années-lumière. « Cette identification définitive des modes de pulsation ouvre une nouvelle voie par laquelle nous pouvons déterminer les masses, les âges et les structures internes de ces étoiles », déclare Tim Bedding.

Animation montrant la pulsation de l’étoile de type Delta Scutti appelée HD 31901, basée sur les observations de luminosité de TESS (la simulation a été accélérée 2646 fois) :

« Nous devions traiter les 92’000 courbes lumineuses, qui mesurent la luminosité d’une étoile au fil du temps. De là, nous avons dû couper le bruit, nous laissant avec les motifs clairs des 60 étoiles identifiées dans l’étude. En utilisant la bibliothèque open source Python, Lightkurve, nous avons réussi à traiter toutes les données de courbe de lumière sur mon ordinateur de bureau universitaire en quelques jours », explique Daniel Hey.

Cette vidéo vous permet d’entendre la fréquence de pulsation de HD 31901. La bande sonore est le résultat de 55 cycles pulsatoires observés par TESS durant 27 jours et accélérée 54’000 fois :

Au cours des dernières décennies, les astrophysiciens ont pu détecter les oscillations internes des étoiles, révélant leur structure. Pour ce faire, ils étudient les pulsations stellaires à l’aide de mesures précises des changements dans le flux lumineux. Au fil du temps, les variations des données révèlent des schémas complexes — et souvent réguliers —, nous permettant de regarder au cœur même des étoiles.

Vers une astérosismologie à grande échelle pour mieux comprendre la dynamique des étoiles

Cette branche de la science, connue sous le nom d’astérosismologie, nous permet non seulement de comprendre le fonctionnement des étoiles lointaines, mais également de comprendre comment notre propre soleil produit des taches solaires, des éruptions et un mouvement structurel profond. Appliqués au Soleil, les modèles donnent des informations très précises sur sa température, sa composition chimique et même sa production de neutrinos, ce qui pourrait s’avérer important dans la chasse à la matière noire.

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« L’astérosismologie est un outil puissant grâce auquel nous pouvons comprendre un large éventail d’étoiles. Cela a été fait avec beaucoup de succès pour de nombreuses classes de pulsateurs, y compris les étoiles de type Soleil de faible masse, les géantes rouges, les étoiles de haute masse et les naines blanches. Cependant, les étoiles Delta Scuti nous laissaient perplexes jusqu’à présent », explique Bedding.

L’identification de motifs réguliers dans ces étoiles de masse intermédiaire étendra la portée de l’astérosismologie à de nouvelles frontières. Par exemple, cela permettra de déterminer l’âge des jeunes groupes en mouvement, des amas et des flux stellaires.

Dans cette vidéo, une étoile de type Delta Scutti pulse et change de luminosité lorsque des ondes sonores internes à différentes fréquences provoquent l’expansion et la contraction de certaines parties de l’étoile. Dans un motif, l’étoile entière se dilate et se contracte, tandis que dans un second, les hémisphères opposés gonflent et rétrécissent de manière désynchronisée :

Sources : Nature