Étudier les géantes rouges pour comprendre l'avenir de notre galaxie
Etoiles en fin de vie, les géantes rouges représentent de réelles horloges cosmiques pour les astronomes. Grâce à l’astérosismologie, une discipline en partie née à l’Université de Liège, les chercheurs sondent désormais leur cœur pour mieux comprendre l’évolution stellaire, affiner les modèles astrophysiques et cartographier notre galaxie avec une précision inédite. C'est ce que retrace l'ouvrage "The Golden Gift of Red Giants" qui vient de paraitre.
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rès présentes dans notre galaxie et ailleurs dans l'univers, les géantes rouges sont des étoiles en fin de vie qui ont épuisé leur hydrogène central, ce qui provoque leur expansion et leur refroidissement en surface. Elles deviennent alors très lumineuses et prennent une couleur rougeâtre - d'où leur nom - , marquant une étape avancée dans leur évolution. " Étudier les géantes rouges est particulièrement important car elles représentent une phase avancée de l’évolution stellaire, ce qui permet aux astronomes de mieux comprendre le futur de notre Soleil et d’autres étoiles similaires, explique Arlette Noels-Grotsch, astrophysicienne, professeur honoraire à l’ULiège. De plus, comme elles sont très lumineuses et leurs oscillations bien détectables, elles servent de balises naturelles pour explorer la structure et l’histoire de notre galaxie, notamment en cartographiant sa composition et son âge."
Pendant longtemps, la physique des étoiles a surtout décrit avec succès leurs propriétés de surface (température, brillance). Dans le cas des géantes rouges, il était presque impossible de les dater finement tant elles se ressemblent de "l'extérieur". C'est là que l'astérosismologie entre en jeu. "L’astérosismologie, c'est la science qui « écoute » les vibrations d’une étoile pour en déduire sa structure interne, sa masse, son évolution et son âge, explique Andrea Miglio, astrophysicien, professeur à l'Université de Bologne, qui a réalisé sa thèse de Doctorat à l'ULiège. Cette discipline nous permet désormais de sonder l’intérieur de nombreux corps de la voie lactée." En effet, les pulsations minuscules de l'étoile modulent sa lumière, des variations qui ont pu être captées par des missions comme CoRoT, Kepler ou la récente TESS*. Cette analyse fournit une signature en fréquences comparable à un code-barres. En le décryptant, on remonte aux propriétés internes des étoiles à savoir leur taille, leur masse, leur âge et leur rotation.
L'astérosismologie appliquée aux géantes rouges fournit des contraintes empiriques impossibles à obtenir par les observations classiques de la surface des étoiles. Au-delà des applications déjà éprouvées, la discipline promet des percées sur la morphologie des champs magnétiques, l’activité stellaire, l’évolution binaire et même des tests de physique fondamentale. "En identifiant précisément où nos modèles échouent, l'astérosismologie pousse la physique stellaire vers une précision inégalée et redessine notre compréhension de la Voie lactée, se réjouit Arlette Noels-Grotsch."
Ces avancées bousculent notre compréhension des processus clés dans l'évolution des étoiles et affinent nos modèles avec une précision inédite. "Nous entrons dans une ère exaltante où les étoiles ne sont plus seulement des points brillants, mais des laboratoires de précision, conclu Andréa Miglio." En mettant nos modèles à l’épreuve et en acceptant de découvrir leurs failles, l’astérosismologie fait progresser la physique stellaire vers une compréhension plus complète des processus qui gouvernent la vie et l’évolution des étoiles et donc celle de notre Soleil.
L'ULiège et l'astérosismologie
L’astérosismologie trouve ses racines dans les travaux pionniers de Paul Ledoux, astrophysicien belge et professeur à l’Université de Liège, considéré comme l’un des fondateurs de cette discipline. En 1958, il publie deux articles majeurs dans le journal Handbuch der Physik, l’un sur les étoiles variables avec Théodore Walraven, et l’autre, seul auteur, sur la stabilité stellaire, cet article étant reconnu comme l’article fondateur de l’astérosismologie. Ces publications ont profondément influencé les recherches théoriques sur l’évolution des étoiles et ont marqué le début de ce qu’on appelle aujourd’hui l’école liégeoise d’astrophysique théorique, initiée par Paul Ledoux. À l’Université de Liège, le groupe ASTA (au sein de l’Institut STAR), actuellement dirigé par Marc-Antoine Dupret, a poursuivi cette tradition en formant des chercheuses et chercheurs qui ont joué un rôle pionnier dans le développement de l’astérosismologie moderne.
* Ces trois missions ont été conçues pour observer les étoiles et détecter des exoplanètes, tout en fournissant des données précieuses pour l’astérosismologie. CoRoT, lancée par la France en 2006, a été pionnière dans l’étude des oscillations stellaires et la découverte d’exoplanètes. Kepler, lancée par la NASA en 2009, a permis de détecter des milliers d’exoplanètes et d’analyser les vibrations de nombreuses étoiles, notamment des géantes rouges. Enfin, TESS, active depuis 2018, continue cette exploration en observant presque tout le ciel, ciblant des étoiles proches et brillantes pour mieux comprendre leur structure et leur évolution.
Référence scientifique
Noels-Grotsch A. et Miglio A., The Golden Gift of the Red Giants, IOP Publishing, 2025. ISBN: 978-0-7503-2159-4
