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La “vie” des Etoiles

Dans l’équipe ASTA, notre objet d’étude ce sont les étoiles. Nombreuses et brillantes, elles nous offrent le plus riche éventail d’informations sur l’univers. Les étoiles évoluent suite aux réactions thermonucléaires synthétisant en leur sein les éléments vitaux de l’univers. Par exemple, notre Soleil s’est formé il y a 4.6 milliards d’années, dans 6 milliards d’années il deviendra une géante rouge, puis finalement seul son coeur substistera, constituant une naine blanche en lent refroidissement. En se basant sur cette évolution, l’âge des étoiles peut être déterminé, ouvrant la porte à la connaissancee de l’évolution de notre Galaxie et des systèmes exoplanétaires. La contribution d’ASTA à l’étude de l’évolution des étoiles se situe essentiellement au niveau théorique, nous résolvons les équations constitutives des étoiles, construisant ainsi des modèles stellaires décrivant leur structure physique interne et leur évolution, par exemple avec le Code Liégeois d’Evolution Stellaire (CLES).

De mystérieux processus de transport

Si les grandes lignes de l’évolution des étoiles de différentes masses sont maintenant identifiées, un faisceau d’indices pointe vers la présence de mystérieux processus de transport en leur sein modifiant leur composition chimique et rotation interne. Quels sont ces processus et les lois auxquelles ils obéissent: les courants méridiens et la turbulence générée par la rotation ? Un transport par ondes, une extension plus grande que prévue des zones convectives ? Comment le champs magnétique interagit-il avec ces processus ?  Répondre à ces questions est essentiel. En effet, ces processus modifient la quantité de combustible amené au coeur de l’étoile et transformé par les réactions nucléaires et par là affectent considérablement leur évolution. Le transport de l’énergie dans les étoiles est également source de questionements:  la convection reste très délicate à modéliser en raison de son caractère extrêmement turbulent et le transport par la radiation est entaché des grandes incertitudes subsistant sur l’opacité de la matière stellaire.

A l’écoute des étoiles: l’astérosismologie

Les étoiles sont complètement opaques, nous n’en voyons que la surface. Comment donc lever le voile sur les mystérieux processus de transport agissant en leur sein ? Depuis peu, une méthode sans précédant nous permet de percer cette barrière opaque: l’astérosismologie. Telles des instruments de musique, les étoiles vibrent. Leur spectre de vibration, leur “musique”, est intimement lié à leur structure interne. Dans l’équipe ASTA, nous modélisons les vibrations des étoiles et développons des méthodes nous permettant de sonder leur structure interne sur base des vibrations observées.

Convection et modes mixtes dans les étoiles froides

Le caractère commun des étoiles “froides” comme par exemple notre Soleil ou les géantes rouges, c’est la présence d’une enveloppe convective. Les mouvements convectifs très turbulents près de leur surface excitent leurs modes de vibration comme les doigts frappant un tambour. Suivant de peu les prédictions de notre équipe, la plus remarquable découverte astérosismique de CoRoT et Kepler a été celle de modes “mixtes” dans les géantes rouges. Ces modes ont la capacité unique de sonder leur coeur compact caché sous leur géante enveloppe. Une surprise a d’ores et déjà été au rendez-vous: le coeur de nombre d’entre elles tourne 100 fois plus lentement que prévu, soulevant la question: quel est le mystérieux processus évacuant si efficacement son moment cinétique ? Avec l’aide de ces modes mixtes et les outils uniques développés dans notre équipe pour modéliser par exemple l’interaction énergétique entre convection et vibrations dans ces étoiles, nous dévoilons peu à peu le voile nous cachant leur coeur, par exemple durant la phase où y est synthétisé le carbone, élément vital par excellence.

Des étoiles à notre galaxie

Sur base des observations de CoRoT et Kepler (et à partir de 2024 PLATO), nous sommes à même de mesurer avec une précision inégalée les distances, masses, rayons et âges de dizaines de milliers de géantes rouges en différentes régions de notre Galaxie, ainsi que l’âge de nombreuses naines blanches. Ces mesures, complémentées par l’analyse spectroscopique de leur composition chimique et les distances et rayons prochainement obtenus par la mission spatiale GAIA constituent une base de donnée essentielle ouvrant la porte à la compréhension de la formation et évolution de notre Galaxie et des différentes populations d’étoiles qui la composent.

Des étoiles aux exoplanètes

Des exoplanètes de plus en plus nombreuses sont découvertes. Les mesure de leurs masses, rayons et âges passent par celles de leur étoiles hôtes. En détectant leurs oscillations, notre équipe est à même de les caractériser très précisément. Les naines brunes et rouges, étoiles ultra-froides de très faible masse, sont la cible privilégiée des chasseurs d’exoplanètes de l’équipe de M. Gillon. Nous les modélisons avec précision afin de mieux pouvoir caractériser leurs planètes.

Des étoiles à l’origine mystérieuse …

Certaines étoiles sont vraiment étranges. C’est le cas des sous-naines de type B, aussi appelées étoiles de branche horizontale extrême. Ces étoiles, en train de synthétiser du carbone à partir d’hélium en leur coeur, ont perdu toute leur enveloppe suite probablement à l’influence d’un compagnon perturbateur. Comment s’y est-il pris ? Par chance, ces étoiles vibrent aussi! Notre équipe est en première ligne pour sonder leur coeur avec les techniques de l’astérosismologie et dévoiler leur mystérieuse origine…

Et notre Soleil dans tout ça ? l’héliosismologie

Notre Soleil aussi vibre. Grâce à sa proximité, des centaines de milliers de modes y sont détectés! Ils constituent une mine d’information pour sonder sa structure interne, c’est l’objet de l’héliosismologie. Notre équipe y investit aussi ses forces. Et de nouveaux résultats sont au rendez-vous. La structure cachée du Soleil se révèle bien plus complexe qu’attendu, en particulier dans une zone particulière appelée la tachocline, à l’interface entre son coeur radiatif et son enveloppe convective.