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Environ huit pour cent des géantes rouges sont couvertes de zones sombres semblables à des taches solaires.

Gigantesque, rouge et plein de taches

Trois chemins vers les géants rouges avec des taches. Crédit: MPS / hormesdesign.de

Les taches stellaires sont plus courantes chez les étoiles géantes rouges qu'on ne le pensait auparavant. Dans le journal Astronomie et astrophysique, des chercheurs dirigés par l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire (MPS) en Allemagne indiquent qu'environ 8% des géants rouges présentent de telles taches. Ils sont l'expression de forts champs magnétiques à la surface stellaire. Ces champs magnétiques sont créés profondément à l'intérieur de l'étoile dans un processus qui nécessite, entre autres, une convection et une rotation rapide de l'étoile. Bien que les géants rouges soient généralement considérés comme des étoiles à rotation lente, ceux qui ont des étoiles sont apparemment une exception. La nouvelle publication propose une analyse complète des raisons de leurs courtes périodes de rotation allant de la synchronisation forcée avec une autre étoile étroitement voisine, à la déglutition d'une étoile ou d'une planète, à une vitesse de rotation initiale rapide dans une première phase de développement.


Parmi les caractéristiques les plus frappantes du Soleil figurent ses taches solaires, des zones relativement plus sombres par rapport au reste de la surface, dont certaines sont visibles depuis la Terre même sans grossissement. De nombreuses autres étoiles, qui comme le Soleil sont dans la fleur de l'âge, sont également couvertes de taches. En revanche, chez les géantes rouges, qui sont à un stade avancé d'évolution stellaire, ces taches étaient auparavant considérées comme rares. La raison de cette différence se trouve profondément à l'intérieur des étoiles. Dans un processus dynamo, l'interaction des courants de plasma électriquement conducteurs et de la rotation génère un champ magnétique d'une étoile qui est ensuite emporté à sa surface. À certains endroits, des champs magnétiques particulièrement puissants empêchent le plasma chaud de remonter. Ces régions apparaissent sombres et constituent des étoiles.

«La rotation et la convection sont deux ingrédients cruciaux pour la formation de champs magnétiques de surface et d'étoiles», explique le Dr Federico Spada de MPS, co-auteur de la nouvelle étude. "Les étoiles avec des couches convectives externes ont le potentiel de générer des champs magnétiques de surface via l'action de la dynamo, mais seulement lorsque l'étoile tourne suffisamment vite, l'activité magnétique devient détectable", ajoute-t-il. Jusqu'à présent, les chercheurs avaient supposé que presque toutes les géantes rouges tournaient assez lentement autour de leur propre axe. Après tout, les étoiles se développent considérablement lorsqu'elles se transforment en géantes rouges vers la fin de leur vie. En conséquence, leur rotation ralentit, comme un patineur artistique faisant une pirouette avec les bras tendus. La nouvelle étude menée par des scientifiques du MPS et de la New Mexico State University (États-Unis) brosse désormais un tableau différent. Environ huit pour cent des géants rouges observés tournent assez rapidement pour que des étoiles se forment.

L'équipe de recherche a parcouru les données de mesure d'environ 4500 géantes rouges enregistrées par le télescope spatial Kepler de la NASA de 2009 à 2013 pour détecter des taches. Ces taches réduisent la quantité de lumière qu'une étoile émet dans l'espace. Comme ils ne changent généralement que légèrement sur plusieurs mois, ils pivotent progressivement hors du champ de vision du télescope, puis réapparaissent après un certain temps. Cela produit des fluctuations de luminosité typiques et récurrentes.

Dans une deuxième étape, les scientifiques ont étudié la question de savoir pourquoi les géants tachetés tournent si rapidement. Comment rassemblent-ils l'énergie nécessaire? "Pour répondre à cette question, nous avons dû déterminer autant de propriétés des étoiles que possible, puis dresser un tableau d'ensemble", explique le Dr Patrick Gaulme, auteur principal de la publication. À l'observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique (États-Unis), par exemple, les chercheurs ont étudié comment les longueurs d'onde de la lumière stellaire de certaines étoiles changent avec le temps. Cela permet de tirer des conclusions sur leur mouvement exact. L'équipe a également examiné les fluctuations rapides de la luminosité, qui se superposent aux plus lentes causées par les taches stellaires. Les fluctuations les plus rapides sont l'expression d'ondes de pression se propageant à l'intérieur d'une étoile jusqu'à sa surface. Ils contiennent des informations sur de nombreuses propriétés internes telles que la masse et l'âge de l'étoile.

L'analyse a révélé qu'environ 15% des géants tachetés appartiennent à des systèmes d'étoiles binaires proches, généralement constitués d'un géant rouge avec un petit compagnon moins massif. "Dans de tels systèmes, les vitesses de rotation des deux étoiles se synchronisent au fil du temps jusqu'à ce qu'elles tournent à l'unisson comme une paire de patineurs artistiques", explique Gaulme. La géante rouge plus lente gagne ainsi de l'élan et tourne plus vite qu'elle ne l'aurait fait sans une étoile compagnon.

Les autres géants rouges avec des étoiles, environ 85%, sont seuls, et pourtant ils tournent rapidement. Celles dont la masse est à peu près égale à celle du Soleil ont probablement fusionné avec une autre étoile ou planète au cours de leur évolution et ainsi gagné en vitesse. Les plus lourdes, dont les masses sont deux à trois fois supérieures à celles du Soleil, ont une évolution différente. À l'apogée de leur vie avant de devenir des géantes rouges, leur structure interne a empêché la création d'un champ magnétique mondial qui éloigne progressivement les particules de l'étoile. Contrairement à leurs homologues magnétiques, qui tournent donc de plus en plus lentement avec le temps, leur rotation n'a probablement jamais ralenti de manière significative. Même en tant que géants rouges, ils tournent encore presque aussi rapidement qu'ils l'ont fait dans leur jeunesse.

"Au total, derrière la caractéristique d'observation commune que certaines géantes rouges ont des taches, nous trouvons trois groupes d'étoiles en rotation rapide, dont chacun a une explication très différente. Il n'est donc pas étonnant que le phénomène soit plus répandu que ce que nous pensions auparavant", dit Gaulme.

Des études comme la présente recherche ont mis en lumière, entre autres choses, l'évolution de la rotation et de l'activité magnétique dans les étoiles, et leur interaction complexe, y compris l'impact sur l'habitabilité des systèmes planétaires qu'elles peuvent héberger. Ce sont parmi les principaux objectifs de la mission PLATO de l'ESA, dont le lancement est prévu d'ici la fin de 2026. "Nous avons hâte d'avoir la mission PLATO dans l'espace; avec ses observations uniques de longue durée, nous serons en mesure d'étendre l'étude à d'autres régions de la Voie lactée ", conclut Spada.


Une étude montre que notre soleil est moins actif que des étoiles similaires


Plus d'information:
Patrick Gaulme et al. Géants rouges actifs: binaires rapprochés contre rotateurs rapides simples, Astronomie et astrophysique, Volume 639, A63 (juillet 2020)

Fourni par
Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire

Citation:
Environ huit pour cent des géantes rouges sont couvertes de zones sombres semblables à des taches solaires. (2020, 13 juillet)
récupéré le 13 juillet 2020
depuis https://phys.org/news/2020-07-percent-red-giants-sunspot-like-dark.html

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